实验3-2 验证力的平行四边形定则（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验3-2 验证力的平行四边形定则（抢分巧练）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验3.2 验证力的平行四边形定则 抢分巧练 ‎◎考题实战 掌握高考脉搏 ‎1．(2015山东卷，21)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．‎ 实验步骤：‎ ‎①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．‎ ‎②如图甲所示，‎ 将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F(N)‎ ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l(cm)‎ l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FO O′.‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.‎ 完成下列作图和填空：‎ ‎(1)利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm.‎ ‎(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，则FOA的大小为________N.‎ ‎(3)根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．‎ ‎(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．‎ ‎【解析】　(1)做出Fl图象，如图(a)所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0 cm.‎ ‎【答案】　(1)见解析图(a)　10.0(9.8、9.9、10.1均正确)‎ ‎(2)1.80(1.70～1.90均正确)　(3)见解析图(b)　(4)FO O′‎ ‎2．（2016浙江卷）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1 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2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 （填“变大”、“变小”或“不变”）。‎ ‎【答案】（1）3.00~3.02 3.09~4.1（有效数不作要求） （2）变大 变大 ‎3．(2017课标卷Ⅲ，22)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(a)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(b)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(a)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.‎ ‎(ⅰ)用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图(a)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；‎ ‎(ⅱ)F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．‎ ‎【答案】　(1)4.0　(2)(ⅰ)见解析图　(ⅱ)4.0　0.05‎ ‎4．（2018天津卷）某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：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，其中正确的是______。‎ 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，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_____。‎ ‎【答案】 BC B ‎【解析】‎ ‎◎考法模拟 悟透破题之道 ‎5．(2018·沈阳高三一模)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．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．‎ ‎(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为　________N.‎ ‎(2)下列不必要的实验要求是　________.(请填写选项前对应的字母)‎ A．应测量重物M所受的重力 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．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，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎【解析】　(1)弹簧测力计读数为3.6 N.‎ ‎(2)验证力的平行四边形定则，需要分别测量各个力的大小和方向，所以A项是必要的；根据仪器使用常识，弹簧测力计在使用前需校零，B项是必要的；实验中力必须在同一平面内，C项也是必要的；实验是验证三个力的关系，只要测出三个力就可以了，所以不需要固定O点位置，D项不必要，本题应选D项．‎ ‎【答案】　(1)3.6　(2)D　(3)①减小弹簧测力计B拉力的大小；②减小重物M的质量(或将弹簧测力计A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等)‎ ‎6．(2018·广州二模)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(a)，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(b)，将三根细线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(c)，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．‎ ‎【答案】　(1)静止 ‎(2)三根细线的方向 ‎(3)结点O的位置 ‎(4)F和F′在误差范围内重合 ‎7．（兰州市第一中学2017届高三上学期期中考试） “验证力的平行四边形定则”实验中：‎ ‎（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：‎ ‎ A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线；‎ ‎ B．在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：结点O的位置、钩码个数及细线方向；‎ ‎ C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙表示，小心调整B、C的位置，使__________，并记录钩码个数及细线方向；‎ ‎（2）如果“验证力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中_______。‎ ‎【答案】（1）橡皮筋下端伸长到O点 ‎ （2） 3:4‎ ‎ 8．（江西省赣州市十三县（市）十四校2017届高三上学期期中联考）关于在做“验证力的平行四边形定则”实验时：‎ ‎（1）下列叙述正确的是（ ） ‎ A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O．这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同 D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可 ‎（2）如图是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示） 答： ．‎ ‎（3）在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：（至少写出两种情况）‎ 答： ， ．‎ ‎【答案】（1）AC； （2）张华； ‎ ‎（3）①的方向比真实方向偏左；②的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左 ‎9．如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解，A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：‎ ‎①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ ‎②对两个传感器进行调零 ‎③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数 ‎④取下钩码，移动传感器A改变θ角 重复上述实验步骤，得到表格.‎ F1‎ ‎1.001‎ ‎0.580‎ ‎…‎ ‎1.002‎ ‎…‎ F2‎ ‎－0.868‎ ‎－0.291‎ ‎…‎ ‎0.865‎ ‎…‎ θ ‎30°‎ ‎60°‎ ‎…‎ ‎150°‎ ‎…‎ ‎(1)根据表格，A传感器对应的是表中力__________(选填“F1”或“F2”)．钩码质量为________ kg(保留1位有效数字)．‎ ‎(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是(　　)‎ A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．为了消除横杆自身重力对结果的影响 D．可以完全消除实验的误差 ‎【答案】　(1)F1　0.05　(2)C ‎10．(2016·广东四校联考)在“验证力的平行四边形定则”实验中。‎ ‎(1)某次实验中两弹簧测力计的读数分别为F1＝1.92 N，F2＝3.84 N，如图甲所示，F1和F2的合力大小F合＝________N(保留三位有效数字)。‎ 现保持F2方向不变，减小F1和F2的夹角，为了使橡皮条的结点拉到同样的位置O点，下列说法正确的是________。‎ 图甲 A．F1一定减小 B．F1一定增大 C．F2一定减小 D．F2一定增大 ‎(2)某同学想知道弹簧测力计中弹簧的劲度系数，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图乙所示，他根据图中信息得出了弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留两位有效数字)。‎ 图乙 ‎【解析】　(1)如图所示，由余弦定理可得：‎ F合＝＝3.33 N；现保持F2方向不变，‎ ‎【答案】　(1)3.33(3.20～3.40均对)　C　(2)59(59±1)‎ ‎11．某同学用钩码和弹簧测力计做“验证力的平行四边形定则”实验．‎ ‎(1)请将实验内容补充完整：‎ A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，在另一端绑上两根系有细绳套的细线．‎ B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码(每个钩码质量均为50 g)，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录　________、结点的位置O和细线方向．‎ C．将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉B(可随时固定)支开，在另一细线上挂上弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中α、β可测定，当＝时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时弹簧测力计的示数应为　________ N(当地重力加速度g＝10 m/s2)．‎ ‎(2)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 ‎【答案】　(1)钩码的个数(细线上的拉力)　1.5　(2)B 12. 涉及验证力的平行四边形定则，有关实验原理与操作，数据处理与误差分析)图甲为“验证力的平行四边形定则”的实验装置．‎ ‎(1)下列说法中正确的是________．‎ A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化 B．用弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下 C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°‎ ‎(2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为________N.‎ ‎【解析】　(1)在同一组数据中，只有当橡皮条结点O的位置不发生变化时，两个力的作用效果和一个力的作用效果才相同，才可以验证平行四边形定则，选项A正确；用弹簧测力计拉细线时，方向不一定向下，只要把O点拉到同一位置即可，选项B错误；F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，选项C正确；F1、F2方向间夹角不一定为90°才能减小误差，选项D错误．‎ ‎(2)弹簧测力计的最小刻度是0.1 N，故弹簧测力计要估读到0.01 N，力的大小是4.00 N.‎ ‎【答案】　(1)AC　(2)4.00‎ ‎13．如图为“验证力的平行四边形定则”实验，三个细线套一端共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上，A挂于固定点P，手持B拉动细线，使结点静止于O点。‎ ‎（1）某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为________N；‎ ‎（2）实验时要读出A、B的示数，还要再贴与竖直木板的白纸上记录O点的位置，_____、______和_________。‎ ‎（3）下列实验要求中必要的是__________‎ A．弹簧测力计需要在实验前进行校零 B．需要测量重物M的重力 ‎ C．多次实验时弹簧测力计B始终保持水平 D．多次实验时结点必须在同一点 ‎【答案】（1）2.00N （2）的方向（3）AB①弹簧测力计读数，每1N被分成5格，则1格就等于0.1N.所以读数为：2.00N. 故答案为：2.0.‎ ‎【答案】①2.00; ②L1方向,L2方向,L3方向； ③AB.‎ ‎14.在“探究力的平行四边形定则”实验中，‎ 图11‎ ‎(1)实验中一次弹簧测力计示数如图11乙(单位为N)，图中的示数为________ N.‎ ‎(2)下列说法中不正确的是________.‎ A.弹簧测力计应在使用前校零 B.拉线方向应与木板平面平行 C.两根细绳必须等长 D.改变拉力，进行多组实验，必须保证O点在同一位置 ‎(3)某同学在实验中确定分力方向时，图甲所示的a点标记的不妥，其原因是______________________.‎ ‎【答案】　(1)3.60　(2)C　(3)O、a两点太近，误差大 ‎15.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＝________.‎ ‎【解析】本题考查了验证力的平行四边形定则的实验．‎ ‎ ‎