浙江专版2021年高考物理一轮复习实验二探究求合力的方法高效演练含解析

浙江专版2021年高考物理一轮复习实验二探究求合力的方法高效演练含解析

实验二 探究求合力的方法 ‎1.(2019·金华模拟)在“探究求合力的方法”实验中需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套,如图所示。‎ ‎(1)下列实验操作正确的是_______‎ A.用一个弹簧秤与用两个弹簧秤拉橡皮条时,只要满足橡皮条的长度相等 B.拉橡皮条时,弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行 C.实验中,两根细绳必须等长 D.实验中,只需记下弹簧秤的读数 ‎(2)实验中,弹簧秤的示数如图所示,则图中弹簧秤的读数为________N。 ‎ ‎(3)某次实验中,若两个弹簧秤的读数均为4 N,且两弹簧秤拉力的方向相互垂直,则________(选填“能”或“不能”)用一个量程为5 N的弹簧秤测量出它们的合力,理由是__。 ‎ ‎【解析】(1)为了保证作用效果相同,要求两次把结点拉到同一位置,A错误;本实验是在水平面作力的图示,为了减小误差,拉橡皮条时,橡皮条、细绳应与木板平面平行,弹簧秤不能与木板接触,B正确;实验中,对绳长没有要求,C错误;实验中,不仅要记录弹簧秤读数,还要记录拉力的方向,D错误。故选B。‎ ‎(2)弹簧秤上1 N之间有10个小格,所以一个小格代表0.1 N,即此弹簧秤的分度值为0.1 N。弹簧秤的示数为2.50 N。‎ ‎(3)两力均为4 N,且相互垂直,则其合力大小为F=4 N>5 N,合力超过了弹簧秤的量程,故弹簧秤无法测出物体所受的合力,故不能使用。‎ 答案:(1)B　(2)2.50‎ ‎(3)不能　两弹簧秤拉力的合力超过弹簧秤的量程。‎ - 7 -‎ ‎2.(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上,如图甲所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长。‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示,F的大小为________N。 ‎ ‎(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点,此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。‎ ‎①用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图甲中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合。‎ ‎②F合的大小为________N,F合与拉力F的夹角的正切值为________。 ‎ 若F合与拉力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。‎ ‎【解析】(1)由图乙可得每大格之间有5个小格,所以弹簧测力计的最小分度为0.2 N,故可读出弹簧测力计读数为4.0 N。‎ ‎(2)①由已知可得F1所对长度为21 mm,F2所对长度为28 mm,根据平行四边形定则画出合力大小。如图所示。‎ ‎②根据几何关系可得合力大小为 - 7 -‎ ‎ N=4.0 N;F合与拉力F夹角的正切值为=-1=0.05。‎ 答案:(1)4.0　(2)①见解析图　②4.0　0.05‎ ‎3.某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m。如图甲所示,用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下, ‎ ‎(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°,弹簧秤a的读数是__________N(图乙中所示),则弹簧秤b的读数可能为________N。 ‎ ‎(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b 与弹簧OC的夹角,则弹簧秤a的读数________,弹簧秤b的读数________。(均选填“变大”“变小”或“不变”) ‎ ‎【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:‎ ‎(1)弹簧秤a、b间夹角为90°,已知两个力的大小和方向,运用平行四边形法则求出b的大小。‎ ‎(2)本题中O点的位置不变,OC的大小和方向不变,Oa和OC的夹角不变,即Oa拉力的方向不变,弹簧秤a、b间夹角大于90°,应用矢量三角形画出动态分析图最简便。‎ ‎【解析】(1)从图可知指针示数为3.00 N,考虑到误差范围,3.00～3.02 N均算对。弹簧OC的劲度系数为500 N/m,弹簧伸长1.00 cm,FOC=kx=500×0.01 N=‎ ‎5.0 N。‎ 另一分力Fb== N=4.0 N。‎ ‎(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,弹簧OC的力的大小和方向不变,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,就是弹簧秤a的方向不变,减小弹簧秤b 与弹簧OC的夹角时,三个力的关系如图,则可知弹簧秤a的读数变大,弹簧秤b的读数变大。‎ 答案:(1)3.00～3.02　3.9～4.1(有效数字不作要求)‎ ‎(2)变大　变大 - 7 -‎ ‎4.(2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有:方木板一块,白纸,量程为5 N的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个)。‎ ‎(1)(多选)具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有________。 ‎ A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B.重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同 C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度 D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 ‎(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是________。 ‎ ‎【解析】(1)由力的平行四边形定则知,橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上,两分力的大小也不一定小于合力,A、D项错误;验证力的平行四边形定则时,每次实验需保证合力与分力作用效果相同,结点O必须在同一位置,但重复实验时,可以改变合力的大小,故结点O的位置可以与前一次不同,B项正确;使用测力计测力时,施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视线应正对测力计刻度,C项正确。(2)为了减小画图时表示力的方向的误差,记录各个力的方向时,需要确定相对较远的两个点,然后连线确定力的方向,A项错误;根据纸张大小,选择合适的标度,使图尽量大,所以B项正确,C、D项错误。‎ 答案:(1)B、C　(2)B ‎5.(2018·全国卷Ⅱ)某同学用图甲所示的装置测量木块与木板之间的动摩擦因数。跨过光滑定滑轮的细线两端分别与木块和弹簧秤相连,滑轮和木块间的细线保持水平,‎ - 7 -‎ 在木块上方放置砝码。缓慢向左拉动水平放置的木板,当木块和砝码相对桌面静止且木板仍在继续滑动时,弹簧秤的示数即为木块受到的滑动摩擦力的大小。某次实验所得数据在表中给出,其中f4的值可从图乙中弹簧秤的示数读出。 ‎ 砝码的质量m/kg ‎0.05‎ ‎0.10‎ ‎0.15‎ ‎0.20‎ ‎0.25‎ 滑动摩擦力f/N ‎2.15‎ ‎2.36‎ ‎2.55‎ f4‎ ‎2.93‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)f4=________N。 ‎ ‎(2)在图丙的坐标纸上补齐未画出的数据点并绘出f-m图线。‎ ‎(3)f与m、木块质量M、木板和木块之间的动摩擦因数μ及重力加速度大小g之间的关系式为f=________,f-m图线(直线)的斜率的表达式k=________。 ‎ ‎(4)取g=9.80 m/s2,由绘出的f-m图线求得μ=________。(保留2位有效数字) ‎ ‎【解析】(1)由题图乙可以读出f4的示数为2.75 N。‎ ‎(2)描点连线如图所示。‎ - 7 -‎ ‎(3)由f=μFN得f=μ(M+m)g,k=μg。‎ ‎(4)由k=μg得μ=0.40。‎ 答案:(1)2.75　(2)图见解析　(3)μ(M+m)g　μg　(4)0.40‎ ‎6.一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则。‎ ‎(1)如图甲,在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶______________时电子秤的示数F。 ‎ ‎(2)如图乙,将三细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的位置、________________和电子秤的示数F1。 ‎ ‎(3)如图丙,将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,‎ 并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使__________________和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。 ‎ ‎(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若__________________,则平行四边形定则得到验证。 ‎ ‎【解析】(1)要测量装满水的水壶的重力,则记下水壶静止时电子秤的示数F。(2)要画出平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1。(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,‎ - 7 -‎ 则结点O位置不能变化,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示,若F和F′在误差允许范围内重合,则平行四边形定则得到验证。‎ 答案:(1)静止　(2)三细线的方向　(3)结点O的位置　(4)F和F′在误差允许范围内重合 - 7 -‎