2020版高考物理一轮复习+实验2探究求合力的方法夯基提能作业本

2020版高考物理一轮复习+实验2探究求合力的方法夯基提能作业本

实验2　探究求合力的方法 ‎1.[2018浙江11月选考,17(1)](多选)在“探究求合力的方法”的实验中,下列操作正确的是(　　)‎ A.在使用弹簧测力计时,使弹簧测力计与木板平面平行 B.每次拉伸橡皮筋时,只要使橡皮筋伸长量相同即可 C.橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上 D.描点确定拉力方向时,两点之间的距离应尽可能大一些 答案　AD 解析　做探究“求合力的方法”中拉弹簧测力计的方向应与木板平面平行,否则会影响力的大小,A正确;每次拉伸橡皮筋时,应保证橡皮筋的伸长方向和伸长量相同,即保证结点在同一位置,B错;拉橡皮筋时不一定要使橡皮筋的拉伸方向在两绳夹角的平分线上,C错;描点确定拉力方向时,两点间的距离应适当大些,以减小作图时的误差,D正确。‎ ‎2.(1)在“探究求合力的方法”实验中要用到弹簧测力计,下图中弹簧测力计的读数是　　　　N。 ‎ ‎(2)在如下主要实验步骤中有重要遗漏的步骤的序号是　　　　和　　　　。 ‎ 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方木板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;‎ C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O,记下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数F 1和F2;‎ D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示;‎ E.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F的图示;‎ F.用虚线把F1、F2和F的箭头端连接,分析F与F1、F2之间可能存在的关系。‎ G.改变两个力的大小和方向,多次重复上述实验,看看是否与第一次得到的结果一致,得出结论。‎ ‎(3)遗漏的内容分别是　　　　和　　　　。 ‎ 答案　(1)2.10　(2)C　E　(3)记下两条细绳的方向　把结点拉到同一位置O点 解析　(1)弹簧测力计的分度值为0.1 N,故读数为2.10 N。‎ ‎(2)该实验采用“等效替代法”进行,即用一个弹簧测力计和两个弹簧测力计拉橡皮条与细绳套的结点时应该拉至同一位置O点,由于力是矢量,因此在记录数据时,不能光要记录力的大小,还要记录其方向,则知在实验步骤中有重要遗漏的步骤的序号是C和E,C中遗漏的内容是:记下两条细绳的方向。E中遗漏的内容是:将结点拉到同一位置O点。‎ ‎3.有同学用橡皮筋探究求合力的方法。他先将橡皮筋一端系上带有绳套的两根细绳,再将另一端固定在水平木板上,前后两次拉伸橡皮筋。‎ ‎(1)实验对两次拉伸橡皮筋的要求中,下列哪些说法是正确的　　　　(填字母代号)。 ‎ A.可以沿不同方向拉橡皮筋 B.将橡皮筋拉伸相同长度即可 C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度 D.将橡皮筋和绳的结点拉伸到相同位置 ‎(2)某次实验中,一只弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为　　　　N。 ‎ ‎(3)如果没有操作失误,右图中的F与F'两力中,一定沿AO方向的是　　　　。 ‎ 答案　(1)D　(2)2.10　(3)F'‎ 解析　(1)本实验的目的是验证力的平行四边形定则,即研究合力与分力的关系。根据合力与分力是等效的,本实验两次将橡皮筋沿相同方向拉伸的长度要相同,A、B错误;在白纸上标下第一次将橡皮筋和绳的结点拉伸到的位置,第二次将橡皮筋和绳的结点拉到相同位置,表明两次效果相同,即两个拉力和一个拉力等效,而弹簧测力计不必拉到相同刻度,C错误,D正确。‎ ‎(2)弹簧测力计的读数为2.10 N。‎ ‎(3)该实验中F是由平行四边形定则得出的合力,而F'是用一个弹簧测力计拉橡皮筋至相同位置时的拉力,故F'一定沿AO方向。‎ ‎4.(1)甲、乙、丙三位同学做“探究求合力的方法”的实验,所用弹簧测力计的量程为0~5 N,他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端通过细绳与弹簧测力计连接,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,如图所示,此时弹簧测力计、橡皮条、细绳都与平板平行,用F1和F2表示拉力的方向和大小。‎ 甲同学实验中的F1和F2互相垂直,F1=2.8 N、F2=3.5 N;‎ 乙同学实验中的F1和F2间的夹角约为30°,F1=F2=4.0 N;‎ 丙同学实验中的F1和F2间的夹角约为120°,F1=F2=4.0 N。‎ 这三位同学中操作不当的是哪一位?并说明原因。‎ ‎  　。 ‎ ‎(2)若丁同学对本实验进行改进,设置如图所示的实验装置,将弹簧测力计A的一端固定于点P,另一端通过细线挂一重物M。将弹簧测力计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点的位置和细线的方向。在实验操作过程中,改变拉力,重复多次实验时,要求O点　　　　(“一定”或“不一定”)静止在同一位置。在某次实验中,若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请你提出两种解决办法: ‎ ‎①　 , ‎ ‎②　 。 ‎ 答案　见解析 解析　(1)由两分力的大小及所成的角度可得其合力的大小,故可知乙同学实验中F1、F2的合力大小已超出弹簧测力计的量程,所以操作不当的是乙同学。‎ ‎(2)改进后的实验装置中,因合力不变,故O点的位置不一定要在同一点。若弹簧测力计A的指针稍超出量程,可以通过减小合力的大小,即减小M的质量,或者减小OA与竖直线之间的夹角,使弹簧测力计A处于量程以内。‎ ‎5.“探究求合力的方法”的实验装置如图甲所示。‎ ‎(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示。其中,细绳CO对O点的拉力大小为　　　　N; ‎ ‎(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点拉力的合力F合画在图乙上。由图求出合力的大小F合=　　　　N(保留两位有效数字); ‎ ‎(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图丙所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数。那么,该弹簧的劲度系数k=　　　　N/m(保留两位有效数字)。 ‎ 答案　(1)2.60　(2)见解析图　5.1　(3)60‎ 解析　(1)由图甲可读出细绳CO对O点的拉力大小为2.60 N。‎ ‎(2)如图所示,结合作图可求知合力大小为5.1 N。‎ ‎(3)由图丙可知,弹簧测力计0刻度线对应5.0 mm,2.60 N对应48.0 mm,由胡克定律F=kx,解得k=Fx=60 N/m。‎ ‎6.小明通过实验验证力的平行四边形定则。‎ ‎(1)实验记录纸如图1所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两个弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1点和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。‎ 图1‎ ‎(2)仔细分析实验后,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,从而影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是他进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。‎ 实验装置如图2所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,把橡皮筋的一端固定于O点,另一端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。‎ ‎　　图2　　　　　　　　　　　图3‎ ‎　　两次实验记录的轨迹如图3所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a点和b点时所受拉力Fa、Fb的大小关系为　　　　。 ‎ ‎(3)(多选)根据(2)中的实验,可以得出的实验结论有哪些?　　　　(填写选项前的字母)。 ‎ A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次被拉伸到的长度较长 C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大 ‎(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。‎ 答案　(1)如图所示(F合=4.6~4.9 N都算对)‎ ‎(2)Fa=Fb ‎(3)BD ‎(4)橡皮筋拉伸不宜过长;第二次选用新橡皮筋进行拉伸。(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧。)‎ 解析　(1)略。(2)分析端点N受力情况,设橡皮筋与竖直方向的夹角为θ,由平衡条件可得橡皮筋的拉力F=mg/cos θ,可见θ相同时橡皮筋所受拉力相同。(3)题图3中ab表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差,可知A错误,B正确;由图中的两轨迹间的距离变化可知,θ越大时橡皮筋的长度差越大,结合F=mg/cos θ可知对应的拉力越大,故D正确;因相同拉力下橡皮筋第2次被拉伸到的长度较长,故被拉伸到相同长度时橡皮筋第2次所受拉力较小,C错误。(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑有:橡皮筋不宜过长,O点位置应靠近木板边缘,所选标度不能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑有:拉力不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两次测量中力的作用效果相同的角度考虑有:选用新的、弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻弹簧等。‎ ‎7.一同学用电子秤、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同一水平位置上的某点,并将细线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'在误差允许范围内重合 解析　(1)要测量装满水的水壶的重力,则应记下水壶静止时电子秤的示数F。‎ ‎(2)要画出力的平行四边形,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,也要记录三根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,则结点O的位置不能变化,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'在误差范围内重合,则平行四边形定则得到验证。‎ ‎8.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”。将弹簧测力计A的一端固定于点P,另一端用细线挂一重物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点的位置和细线的方向。‎ ‎(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.细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,请你提出两种解决办法。‎ 答案　(1)3.6　(2)D ‎(3)①改变弹簧测力计B拉力的大小;‎ ‎②减小重物M的质量。‎ ‎(或将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)‎ 解析　(1)弹簧测力计的分度值为0.2 N,所以A的示数为3.6 N。‎ ‎(2)根据三力平衡的特点可知,弹簧测力计A、B的拉力的合力与重物M的重力等值反向,故A项是必要的。弹簧测力计的零点误差影响各拉力的测量值,所以使用前需校零,B项是必要的。实验中细线方向要与木板平面平行,以保证所研究的各力在同一平面内,C项也是必要的。实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物所受的重力即可验证平行四边形定则,而弹簧测力计A的拉力不同时O点的位置就不同,故不一定每次都使O点静止在同一位置,D项不必要。‎ ‎(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,说明加在弹簧测力计A上的力大了,可行的解决方法有:①改变弹簧测力计B拉力的大小或方向;②减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹簧测力计)。‎