第09讲 验证力的平行四边形定则（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测

第09讲 验证力的平行四边形定则（测）-2019年高考物理一轮复习讲练测

‎ ‎ 第09讲 验证力的平行四边形定则——测 ‎【满分：110分 时间：90分钟】‎ 实验题 ‎1．（9分）某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，将橡皮筋改为劲度系数为400 N/m的轻质弹簧AA'，将弹簧的一端A'固定在竖直墙面上。不可伸长的细线OA、OB、OC，分别固定在弹簧的A端和弹簧秤甲、乙的挂钩上，其中O为OA、OB、OC三段细线的结点，如图1所示。在实验过程中，保持弹簧AA'伸长1.00 m不变。‎ ‎（1）若OA、OC间夹角为90°，弹簧秤乙的读数是______N。（如图2所示）‎ ‎（2）在（1）问中若保持OA与OB的夹角不变：逐渐增大OA与OC的夹角，则弹簧秤甲的读数大小将_____，弹簧秤乙的读数大小将_____。‎ ‎【答案】 3.00一直变小先变小后变大 ‎【解析】‎ ‎2．（9分）某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。‎ ‎(1)为了完成实验，需要记录下来的是结点O的位置以及弹簧测力计中力的大小和方向，如果作图得到的合力方向近似在_________方向上，且大小近似等于_____________，则平行四边形定则得以验证。‎ ‎(2)下列不必要的实验要求是___________（请填写选项前对应的字母）’‎ A．木板平面要保持竖直 B．两个弹簧测力计必须完全相同 C．拉线方向应与木板平面平行 D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎(3)某次实验中，该同学使弹簧测力计B处于水平方向，发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，为了能够完成实验，他应该___________。‎ A．换用质量更轻的重物 B．保持弹簧测力计B的拉力方向不变，减小其拉力 C．保持弹簧测力计B的拉力不变，将其顺时针旋转一个小角度 D．保持弹簧测力计B的拉力不变，将其逆时针旋转一个小角度 ‎【答案】 竖直 重物M的重力 D AC 方向的平面内，所以木板平面要保持竖直。故A正确；B、弹簧测力计是测出力的大小，所以要保证两个弹 ‎【点睛】根据实验的原理说明；在该实验中，由于P、O的位置确定，则A弹簧的拉力大小和方向一定，合力又一定，则弹簧B的拉力大小和方向也一定，不需进行多次实验；当结点静止于某位置时，弹簧测力计B的大小与方向就已确定了。原因是挂重物的细线大小与方向一定，而弹簧测力计A大小与方向也一定，所以两力的合力必一定。当出现超出弹簧测力计A的量程时，通过改变其中一个力大小或另一个力方向来达到此目的。‎ ‎3．（9分）某小组利用橡皮筋（弹力满足胡克定律）验证力的平行四边形定则，如图甲所示，把贴有白纸的木板放在水平桌面上，他们将完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在结点O处，另一端分别系上细线，仍保证橡皮筋原长相同，测得原长L0＝440cm。沿平行于纸面的方 向分别通过细线将三根橡皮筋拉至某一长度（在弹性限度内），保持状态不变，如图乙所示，记录此时结点的位置和三个橡皮筋另一端的位置，量出三个端点到结点Ｏ的距离分别为L1＝940cm、L2＝840cm、L3＝740cm。若三根橡皮筋产生的弹力分别为F1、F2、F3，图中已作出F1的图示。‎ ‎(1)请根据F1的大小比例分别作出F2和F3的图示，并根据平行四边形定则画出F2和F3的合力F合；‎ ‎(2)请在图中画出与F2和F3共同作用效果相同的力F的图示_____________。‎ 若F合 与F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。‎ ‎【答案】 ‎ ‎【点睛】本实验的目的是要验证平行四边形定则，故应通过平行四边形得出合力再与真实的合力进行比较；理解实验的原理即可解答本题．正确理解“等效替代”的含义，该实验中是通过两次拉橡皮筋绳套到同一点来实现效果相同的，明确实验原理和实验的具体操作从而正确分析产生误差的原因，进一步采取减小误差的措施，分析对弹簧秤、细绳、橡皮条的要求．‎ ‎4．（9分）某同学做“探究求合力的方法”的实验，用弹簧测力计拉细绳套时，测力计总与木板平行，实验主要步骤如下：‎ A．在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；‎ B．用图钉把橡皮条的一端固定在白纸（板）上的A点，在橡皮条的另一端栓上两条细绳，细绳的另一端系上绳套；‎ C．将两个弹簧测力计通过细绳互成角度地拉橡皮条，使细绳与橡皮条的结点达到某一位置O，记下O点的位置和两细绳的方向，并读出两个弹簧测力计的示数；‎ D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则作出合力F′；‎ E.用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，按同一标度作出这个力F的图示；‎ F.比较F′与F的大小和方向。‎ 上述步骤中：‎ ‎（1）有重要遗漏内容的步骤序号是_____；遗漏内容是_______________________________；‎ ‎（2）若他将遗漏内容补上后，如图甲所示，是他利用坐标纸记下的橡皮条结点位置O点及两弹簧测力计拉力的大小，请根据平行四边形定则在图甲中作出F1和F2的合力示意图，并用F′表示此力________。‎ ‎（3）图乙是甲和乙两位同学分别做以上实验时得到的结果，其中________（填“A”或“B”）比较符合实验事实（力F是只用一个弹簧测力计拉时的示意图）。‎ ‎【答案】 （1）E 使绳与橡皮条的结点达到位置O，并记下细绳的方向 （2）如图所示：‎ ‎（3）B ‎（3）实验中的 是由平行四边形得出的，而F是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮筋的方向相同，由于实验过程不可避免的存在误差，因此理论值和实验值存在一定的偏差，所以B比较符合实验事实，‎ ‎5．（9分）某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心。在O点挂上重G＝2.00 N的钩码，记录两传感器A、B的示数 F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则。‎ ‎(1)当F1＝1.00 N、F2＝1.50 N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力的图示法作图________，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F＝________N。(结果保留三位有效数字)‎ ‎(2)该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2，作出了如图丙所示的F2θ2图象，由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1＝________。‎ ‎【答案】 (1)如图所示 ‎2.01(1.97～2.05) (2)60°‎ ‎【解析】（1）F1、F2的图示及力的合成图如图所示，根据比例关系可知合力大小为2.01N．‎ ‎6．（9分）“验证力的平行四边形定则的实验如图甲所示.‎ ‎(1)某同学实验操作步骤如下:①如图甲所示把橡皮条的一端固定在板上的点，用两条细绳连在橡皮条的另端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到点，用铅笔记下点的位置，并记下两个测力计的读数.‎ ‎②在纸上按比例作出两个力的图示用平行四边形定则求出合力.‎ ‎③只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样比例作出这个力的图示(如图乙)，比较与用平行四边形定则求得的合力.‎ ‎④改变和的夹角和大小，重复上述过程.‎ 上述实验过程中有重要遗漏的步骤是_________(填步骤序号);图乙中，________力的图线与延长线重合(选填或)‎ ‎(2)某同学认为在实验过程中必须注意以下几项，你认为正确的有___________.‎ A．拉橡皮条的细绳套适当细一些且长一些 ‎ B．实验中把橡皮条节点拉到点时，两弹簧秤之间的夹角为不变，可便于计算合力 C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近且平行于木板 D．两根细绳必须等长，且橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 ‎(3)如图丙，某次测量大小、方向实验过程中发现， 读数几乎满量程，而读数不到量程一半(两弹簧秤相同)，需要作适当调整，下列做法正确的是___________‎ A．保持结点位置不变、方向不变， 逆时针转过一定的角度 B．保持结点位置不变， 逆时针转过适当的角度 C．适当调整结点远离顺时针方向、逆时针各转过适当角度 D．适当调整结点靠近方向可不变， 逆时针转过一个角度 ‎【答案】 （1）①， （2）AC （3）D ‎（3）若O 的位置不变，则合力不变，OB方向不变，则OC的大小方向均不变，故A错。B 中若合力不变， OC逆时针旋转，则OB须顺时针旋转。所以B错误。若适当调整结点远离顺时针方向、逆时针各转过适当角度的话，OC会超出量程。故C错误。若减小合力F，则O 应靠近A,若OB方向不变，逆时针旋转OC，可增大OB的读数。 故D正确。‎ ‎【点睛】验证力的平行四边形定则实验要注意实验过程和作图时应注意的事项，还要结合力的合成进行必要的分析。‎ ‎7．（9分）长郡中学物理兴趣小组做“验证力的平行四边形定则”实验 ‎(1)图甲是实验装置，将橡皮条一端固定在长木板上，另一端与两根细绳相连，两细绳的另一端分别有一个绳套，实验时，先用两个弹簧测力计平行于木板拉绳套，将橡皮条与细绳的结点拉到O点，其中拉OC细绳的弹簧测力计指针位置如图甲所示，其读数为_____ N； 根据记录的两个弹簧测力计的示数、和各自的方向，作出这两个力的图示，并用作图法作出两个力的合力F；再用一个弹簧测力计拉橡皮条，也使结点到0点，记录这时弹簧测力计的示数和方向，并作出这个力的图示F′，图乙中的F与Fα两力中，方向一定沿A0方向的是______；‎ ‎(2)关于实验中的一-些要点，下列说法正确的是______.‎ A．分力和合力的大小都不能超过弹簧测力计的量程 B．测量同一组数据、和合力F的过程中，橡皮条与细绳结点的位置不能变化 C．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置0时，拉力要适当大些 D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同--细绳方向的两点要近些 ‎(3)在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，用M、N两个弹簧测力计拉橡皮条使其结点位于0处，此时ɑ+β=90º，如图丙所示，然后保持弹簧测力计N的方向不变，当ɑ角由图17‎ 中所示的值减小时，要使结点仍在0处，则两弹簧测力计的读数中______.‎ A．M的读数增大，N的读数减小 B．M的读数减小，N的读数减小 C．M的读数先增大后减小，N的读数--直减小 D． M的读数一直减小，N的读数先增大后减小 ‎【答案】 (1)2.60；. F′； （2）ABC； （3）A 点睛：要使结点不变，应保证合力不变，故可以根据平行四边形定则分析可以采取的办法。‎ ‎8．（9分）(1)用如图1所示的装置来验证“力的平行四边形法则”实验中，以下说法正确的是（____）‎ 图1 图2‎ A．每次拉橡皮条时都应该把橡皮条与结绳的结点拉至同一位置O点；‎ B．橡皮条、细绳、弹簧秤应保持在同一平面内，且与板面平行；‎ C．拉动弹簧时弹簧秤的外壳与纸面间的摩擦会对实验产生误差；‎ D．拉橡皮条的细线要适当长些，视线通过细线垂直于纸面，在线下的纸上用笔点出两个顶点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些；‎ E．两个分力F1，F2间的夹角θ不宜过大，也不宜过小，两个分力F1，F2的大小越大越好 F．作图时要用细铅笔，同一实验中选定的比例标度要相同，所取的比例标度要适当大些 ‎(2)在完成相关记录后，选得如图2所示一张白纸痕迹图和一张实验数据表格：‎ ‎①请你用表格所提供的相关数据按照力的图示标准完成图2(标度已给出) ___________________；‎ ‎②继续填写实验数据表格的相关内容，完成实验_________________.‎ ‎【答案】 ABCDF 3.90　在误差允许的范围内平行四边形定则是正确的 ‎(2)根据力的平行四边形定则，作出F1，F2的合力F′，‎ 按力的图示方法作出力F的图示如图所示：‎ F′＝3.90 N 通过本实验，可以得出结论：在误差允许的范围内平行四边形定则是正确的．‎ ‎9．（9分）某实验小组用橡皮条与弹簧测力计验证“力的平行四边形定则”，实验装置如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。‎ ‎（1）实验中弹簧测力计示数的单位为N，图甲中弹簧测力计的示数为______N；‎ ‎（2）实验中，下列操作中不必要的有__________（请填写选项前对应的字母）。‎ A．实验前测量橡皮条的原长 B．弹簧测力计应在使用前校零 C．拉线方向应与木板平面平行 D．多次重复实验时，每次都要使结点O在同一位置 E.实验过程中橡皮条与弹簧测力计均不能超过弹性限度 ‎（3）根据实验结果作出力的图示如图乙所示，在图乙中用一只弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示为__________（填“F”或者“”）‎ ‎【答案】 （均可得分） AD ‎ ‎10．（9分）在“探究互成角度的两个力的合力”的实验中:‎ ‎（1）本实验采用的科学方法是__________.‎ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 ‎（2）其中的两个步骤:‎ ‎①在水平放置的木板上铺一张白纸并固定好,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端栓两根细线,通过细线同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与细线的结点到达某一位置点,‎ 在白纸上记下点和两个弹簧测力计的读数和 ‎②只用一个弹簧测力计通过细线拉橡皮条,使橡皮条的伸长量与用两个弹簧测力计拉时伸长量一样,记下此时弹簧测力计的读数和细线的方向.‎ 以上两步骤均有疏漏,请指出疏漏:‎ 在①中是______________________________;‎ 在②中是______________________________.‎ ‎（3）在做“探究互成角度的两个力的合力”的实验中,用、两个弹簧测力计拉橡皮条的结点使其位于处,此时如图所示;然后保持的读数不变,当角由图中所示的值减小时,要使结点仍在处,可采用的办法是__________.‎ A．增大的读数,减小角 B．减小的读数,减小角 C．减小的读数,增大角 D．增大的读数,增大角 ‎【答案】 B 还应记下两细线的方向 应使结点到达同一位置O点 B ‎11．（10分）某学生用如图甲所示的装置验证“力的平行四边形定则用一木板(贴有坐标纸)竖直放在铁架台簧所在平面后,其部分实验操作如下,请完成下列相关内容: ‎ 如图乙，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置;卸下钩码然后将两绳套系在弹簧下端,用两弹簧秤将弹簧末端拉到同一位置,记录细绳套、的方向及两弹簧秤相应的读数.图乙中弹簧秤的读数为__________.(弹簧秤单位: )‎ 该同学在坐标纸上画出了两弹簧秤拉力、的大小和方向,以及由钩码的重量画出钩码对弹簧的拉力 的大小和方向,如图丙所示,请在图丙中作出、的合力观察比较和_______________,得出结论.‎ ‎【答案】 4.38~4.24 ‎ ‎12．（10分）在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学按照如下步骤进行操作：‎ a．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；‎ b．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端检上两条细绳形成结点，细绳的另一端系着绳套；‎ c．如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O，记录结点位置和两个弹賛测力计的示数、两根细绳的方向；‎ d．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边作平行四边形，画出它们所夹的对角线。‎ e．只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条，____________；并按同一标度作出这个力F的图示；‎ f．比较和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。‎ ‎（1）把步骤e中的内容补充完整_____________。‎ ‎（2）本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程，主要体现了下列哪种科学方法__________。‎ A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 ‎（3）下列操作有利于减小实验误差的是_________（填字母代号）。‎ A．实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计 B．拴在橡皮条上的两条细绳必须等长，并且要尽量长一些 C．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 D．用两弹賛测力计同时拉橡皮条时，两弹簧测力计的示数之差应尽可能大 E．在记录力的方向时，标记同一细绳方向的两点要远些 ‎（4）图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示，如果没有操作失误，图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是_________。‎ ‎（5）若小明和小刚两位同学在家中想验证力的平行四边形定则，他们手中有一些弹性橡皮条（弹力满足胡克定律，劲度系数为k）。如图丙所示，他们将三根橡皮条的一端系在一起，另一端分别系上细线，仍保证橡皮条原长相同，测得原长L0=5.40 cm。接下来把贴有白纸的木板放在水平桌面上，两人合作平行于纸面分别通过细线拉三根橡皮条至某一长度（在弹性限度内），保持状态不变；如图丁所示，记录此时结点位置和三个橡皮条另一端的位置，量出三个端点到结点O的距离分别为L1=9.20 cm、L2=8.40 cm、L3=7.50 cm，请根据他们的实验过程和记录的数据作出验证力的平行四边形定则的图示，并说明是如何验证的_______。‎ ‎【答案】 把橡皮条的结点拉到同一位置O，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向BACE 见解析 ‎【解析】‎ ‎（1）把步骤e中的内容补充完整：把橡皮条的结点拉到同一位置O，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的 ‎ ‎