【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇验证力的平行四边形定则（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇验证力的平行四边形定则（解析版）

验证力的平行四边形 ‎1、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和重物M上,弹簧A挂于固定点P,手持弹簧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,则其读数为__________N。 (2)实验时要读出的示数,还要在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置以及__________。 (3)在实验中,下列要求或做法必要的是(   ) 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 ‎2、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5N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,如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是( ) A. B. C. D.‎ ‎3、某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计的实验装置如图。固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2。‎ ‎（1）实验步骤如下：‎ ‎①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F；‎ ‎②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，此时弹簧测力计的示数为；‎ ‎③根据力的平行四边形定则计算绳套1和细绳套2的合力＝_______________；‎ ‎④比较____________________________________，即可初步验证力的平行四边形定则。‎ ‎（2）将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时绳套2沿120°方向缓慢的转动到180°，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，且保证两绳套间的夹角为120°不变。关于绳套2的拉力大小的变化，下列结论正确的是____________。（填选项序号）‎ A．逐渐增大 B．先增大后减小 ‎ C．逐渐减小 D．先减小后增大 ‎4、实验小组的同学利用弹簧测力计在水平放置的方木板上做“验证共点力的合成规律的实验”。‎ ‎(1)同学们用坐标纸记下某次橡皮筋的结点位置O以及两弹簧测力计施加的拉力的大小和方向,如图所示。图中每个正方形小格边长均表示1.0N,利用作图法可知与的合力大小为__________N。(结果保留两位有效数字)‎ ‎(2)实验时,第一次用两个弹簧测力计、第二次用一个弹簧测力计将橡皮筋的结点拉到同一位置,其目的是为了__________。 (3)不改变测力计1的示数的大小,逐渐减小两个弹簧测力之间的夹角。为使结点O位置保待不变,则另一测力计2的示数将__________(填“增大”、“减小”或“不变)。‎ ‎5、“探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示,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,图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图.‎ ‎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.图乙中的__________(填“F''或“F' ”)是力F1和F2合力的实际测量值.‎ ‎3.同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是(   )‎ A.两根细绳必须等长 B.橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上 C.为了读数方便,可以使弹簧测力计与木板平面成一定倾角 D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些 ‎4.实验中用一个弹簧测力计拉时如图丙所示,则弹簧测力计的读数为__________N.‎ ‎5.在实验中,如果将细绳也换成橡皮条,那么实验结果是否会发生变化?答:__________(填“会”或“不会”)‎ ‎6.由于没有弹簧测力计,宏春同学改用图丁的装置来验证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数记下三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC及结点O的位置,再改变钩码个数重新实验,下列实验不能完成的是(   )‎ A.钩码的个数N1=N2=3,N3=4 B.钩码的个数N1=N2=2,N3=4 C.钩码的个数N1=N2=N3=4 D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5‎ ‎6、用如下的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”。在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸,在桌子边缘安装三个光滑的滑轮,其中滑轮固定在桌子边,滑轮、可沿桌边移动。第一次实验中,步骤如下:‎ A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码,并使结点O静止;‎ B.在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向,以O点为起点,作出三拉力的图示;‎ C.以绕过、绳的两个力为邻边作平行四边形,作出O点为起点的平行四边形的对角线,量出对角线的长度;‎ D.检验对角线的长度和绕过绳拉力的图示的长度是否一样,方向是否在一条直线上。‎ ‎(1)这次实验中,若一根绳挂的质量为m,另一根绳挂的质量为2m,则第三根绳挂的质量一定大于__________且小于__________。‎ ‎(2)第二次实验时,改变滑轮、的位置和相应绳上钩码的数量,使结点平衡,绳的结点__________(填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合。实验中,若桌面不水平__________(填“会”或“不会”)影响实验的结论。‎ ‎7、在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计。‎ ‎(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如下表:‎ 弹力 ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ ‎3.00‎ ‎3.50‎ 伸长量 ‎0.74‎ ‎1.80‎ ‎2.80‎ ‎3.72‎ ‎4.60‎ ‎5.58‎ ‎6.42‎ 用作图法求得该弹簧的劲度系数__________;‎ ‎(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为_________N;同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N,画出这两个共点力的合力;‎ ‎(3)由图得到__________N。‎ ‎8、小明通过实验验证力的平行四边形定则.‎ ‎1.实验记录纸如图下所示, 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力和的方向分别过和点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力的方向过点.三个力的大小分别为: 、和.请根据图中给出的标度作图求出和的合力,该合力的大小约为__________.‎ ‎ ‎ ‎2.仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,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1所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于点,下端挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动,在白纸上记录下的轨迹.重复上述过程,再次记录下的轨迹. 两次实验记录的轨迹如图2所示.过点作一条直线与轨迹交于、两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到和时所受拉力、的大小关系为__________.‎ ‎ ‎ ‎3.根据第2问中的实验,可以得出的实验结果有哪些?__________(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.‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：(1)2.00; (2)的方向 (3)AB 解析：(1)弹簧测力计每1N被分成10格,则1格就等于0.10N,所以读数为2.00N。‎ ‎(2)实验时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点的位置和三条细线的方向。‎ ‎(3)弹簧测力计可以测出力的大小,必须在测量之前校零,故A正确;通过实验作出三个力的图示,来验证力的平行四边形定则,因此重物的重力必须要知道,故B正确;实验中细线不需要保持水平方向,只要方便作图即可,弹簧测力计要与细线保持平行,故C错误;该实验中,根据平行四边形定则,得出弹簧拉力的合力,然后与拉力进行比较,看是否与其等大反向,因此改变拉力,进行多次实验,并非要求每次都要使O点静止在同一位置,故D错误。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：（1）BC; （2）B 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,AD项错误;验证力的平行四边形定则时,每次实验要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;使用弹簧测力计测力时,施力方向应沿弹簧测力计轴线方向,读数时视线应正对弹簧测力计刻度,C项正确。‎ （2） 为了减小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,B项正 确,CD项错误。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：(1) 比较F与在误差允许的范围内相同或（比较F与在误差允许的范围内相同) （2） C ‎ 解析：(1)③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力为：,即为：‎ ‎；④比较F和F′在误差允许的范围内相同，即可初步验证力的平行四边形器定则；‎ ‎(2)两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出图象，如图所示：‎ 根据图象可知，绳套2的拉力大小逐渐减小，故C正确，ABD错误。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：(1)6.5; (2)使力的作用效果相同; (3)减小 解析：(1)以表示两力的线段为邻边作平行四边形,平行四边形的对角线是两力的合力,合力如图所示,图中每个正方形小格边长均代表1.0N,与的合力大小。‎ ‎(2)保证橡皮筋的结点位置不变,目的是使合力与两个分力同时作用时的作用效果相同。‎ ‎(3)结点O位置保持不变,合力不变,不改变测力计1的示数的大小,逐渐减小两个弹簧测力计之间的夹角,如下图所示,以O点为圆心,为半径的圆弧上各点到F顶点的距离逐渐减小,即测力计2的示数将减小。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：1.B; 2.F'; 3.D; 4.4.00; 5.不会; 6.B 解析：1.本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同,采用的科学方法是等效替代法,故B正确 2.实验中F是由平行四边形定则得出的,而F'是通过实验方法得出的,是力F1和F2合力的实际测量值 3.通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时,不要求两细绳等长,故A错误;‎ 拉橡皮条时只要确保拉到同一点即可,橡皮条不一定要在两细绳夹角的角平分线上, 故B错误;‎ 测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验的误差,操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行,故C错误;‎ 为了更加准确地记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,故D正确, 4.弹簧测力计读数为4.00N 5.如果将细绳也换成橡皮条,只要将结点拉到相同的位置,实验结果不会发生变化 6.TOA、TOB、TOC分别表示三个力的大小,由于结点在三个共点力作用下处于平衡状态,因此三个力的大小能构成一个三角形^以钩码的个数表示力的大小,3、3、4能构成三角形,故A可能完成;2、2、4不能构成三角形,故B不能完成;4、4、4可以构成三角形, 故C可能完成;3、4、5可以构成三角形,故D可能完成.本题选不能完成实验的,故选B.‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：(1)m;3m; (2)不必;不会 解析：(1)若一根绳挂的钩码质量为m,另一根绳挂的钩码质量为2m,则两绳子的拉力分别为,两绳子的拉力的合力尸的范围是,即,三力的合力为零,则第三根绳挂的钩码质量在之间,即第三根绳挂的钩码质量一定大于以且小于3m. (2)本实验不是先用一根绳拉结点,然后用两根绳去拉结点,使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同,而是三根绳都直接拉O点,所以O点的位置可以改变,若桌面不水平,也不会影响实验的结论.‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：(1)如图所示;53±2‎ ‎(2)2.14±0.02 (3)3.3±0.2‎ 解析：(1)作图时注意横坐标轴的标度,连线一定是一条过原点的直线,计算k时可取直线上较远的两点计算,例如,,。‎ ‎(2)注意估读,作图时注意选取标度,都从O点沿力的方向按力的大小作出力的图示,如图所示。‎ ‎(3)以这两个力作为平行四边形的两条邻边,作平行四边形,画出对角线。用刻度尺量出平行四边形对角线的长度,除以标度,得。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：1.4.70(4.6-4.9均正确); 2.Fa=Fb 3.BD; 4.橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋;拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧.(任写两点即可)‎ 解析：1. 2.过点作一条直线与轨迹交于、两点,实验中橡皮筋分别被拉伸到和时所受拉力、的方向相同, 因为缓慢地移动,根据平衡条件得、的大小关系为. 3.橡皮筋的形变量和所受到的力有关,选项A错误; 从图上看,第二次运动轨迹远离点,橡皮筋第2次的形变量大,B正确; 两次拉伸到相同长度,第二次对应的力小,选项C错误; 拉力越大,由图2可得橡皮筋两次的长度差越大,故选项D正确. 4. 橡皮筋拉伸不宜过长,选用新橡皮筋等可减小误差.‎ ‎ ‎