（新課標）2020高考物理一輪復習 課時作業(yè)11 實驗：驗證力的平行四邊形定則（含解析）新人教版

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1、實驗：驗證力的平行四邊形定則 1．(2018·洛陽三模)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，某同學的實驗情況如圖所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結點，OB和OC為細繩． (1)本實驗中，下列選項中可以減小實驗誤差的是________． A．兩個分力F1、F2間的夾角盡量小些 B．兩個分力F1、F2要盡量大些 C．拉橡皮筋的細繩要稍短一些 D．實驗中，彈簧秤必須與木板平行，讀數時視線要與彈簧秤刻度盤垂直 (2)本實驗中，若將細繩換成橡皮筋，則實驗結果________發(fā)生變化．(選填“會”或“不會”) (3)為了完成實驗，在用兩個完全相同的彈簧秤成一定角度拉

2、橡皮筋時，必須記錄的有________ A．兩細繩的方向　　　　 B．橡皮筋的原長 C．兩彈簧秤的示數 D．結點O的位置 答案　(1)BD　(2)不會　(3)ACD 解析　A項，實驗是通過作圖得出結果，兩個分力F1、F2間的夾角盡量大些，故A項錯誤； B項，實驗是通過作圖得出結果，故在不超出量程的情況下為了減小誤差應讓拉力盡量大些，故B項正確； C項，為了準確記下拉力的方向，故采用兩點描線時兩點應盡量距離大一些，故細繩應長些，故C項錯誤； D項，為了防止出現分力的情況，應讓各力盡量貼近木板，且與木板平行，同時，讀數時視線要正對彈簧秤刻度，故D項正確； (2)由于O點的作用效

3、果相同，將兩個細繩套換成兩根橡皮條，不會影響實驗結果． (3)該實驗的實驗目的是驗證力的平行四邊形定則，要根據兩個彈簧拉橡皮筋時兩個拉力的大小和方向做出平行四邊形求出其合力大小，然后與一個彈簧拉橡皮筋時的拉力大小進行比較，最后得出結論，故需要記錄的是兩彈力的大小和方向． 2．某同學在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋的結點位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小和方向，如圖(a)所示． (1)試在圖(a)中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力． (2)有關此實驗，下列敘述正確的是________． A．兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力

4、大 B．橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力 C．兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結點拉到同一位置O，這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同 D．若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結點位置不變，只需調整另一只彈簧測力計拉力的大小即可 (3)如圖(b)所示是甲和乙兩位同學在做以上實驗時得到的結果，其中哪一個比較符合實驗事實？(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示)________． (4)在以上比較符合實驗事實的一位同學中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況)________________________________________________

5、________________________ ________________________________________________________________________. 答案　(1)見解析圖　(2)AC　(3)甲同學實驗得到的結果　(4)見解析 解析　(1)以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，其對角線OF即為所求的合力(如圖所示)． (2)兩只彈簧測力計的拉力與橡皮筋的拉力的合力為零，它們之間不是合力與分力的關系，B項錯誤；結點位置不變，合力不變，當一只彈簧測力計的拉力大小改變時，另一只彈簧測力計的拉力的大小和方向必須都改變，故D項錯誤；正確的只有A、C兩項

6、． (3)用平行四邊形定則求出的合力可以與橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只彈簧測力計拉結點的拉力與橡皮筋拉力一定在同一直線上，故甲同學實驗得到的結果符合實驗事實． (4)①F1的方向比真實方向偏左；②F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左；③作圖時兩虛線沒有分別與F1線和F2線平行．(任選其二)． 3．(2018·安陽二模)如圖所示，在做“互成角度的兩個力的合成”實驗中，只有一個彈簧秤，但是某同學仍完成實驗，實驗操作后得到的數據如圖所示． (1)假如你是該同學，請完成下列實驗中的操作步驟： ①在橡皮條的自由端拴一細繩和彈簧秤，拉動橡皮條的結點到O，記錄O點的位置，記下彈簧秤的

7、讀數F1和方向，并記錄細繩的方向； ②改變彈簧秤和細繩的方向，拉橡皮條的節(jié)點到位置O，使細繩在原來________的方向上，彈簧秤在原來________的方向上，并記錄彈簧秤讀數； ③單獨用彈簧秤拉細橡皮條的結點到位置O，并記錄________． (2)請在方框中作圖完成該同學未完成的實驗數據處理． 答案　(1)②彈簧秤；細繩；③彈簧秤的讀數及方向；(2)如解析圖． 解析　(1)實驗要測出拉力的大小與方向，由實驗可知，實驗步驟為： ②改變彈簧秤和細繩的方向，拉橡皮條的節(jié)點到位置O，使細繩在原來彈簧秤的方向上，彈簧秤在原來細繩的方向上，并記錄彈簧秤讀數； ③單獨用彈簧秤拉細橡皮條的

8、結點到位置O，并記錄彈簧秤的讀數及方向． (2)根據實驗數據與標度，作出兩力的合力如圖所示： 4.某同學用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向． (1)本實驗用的彈簧測力計示數的單位為N，圖中A的示數為________ N. (2)下列不必要的實驗要求是________．(請?zhí)顚戇x項前對應的字母) A．應測量重物M所受的重力 B．彈簧測力計應在使用前校零

9、C．拉線方向應與木板平面平行 D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中，該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法． 答案　(1)3.6　(2)D (3)①改變彈簧測力計B拉力的大小　②減小重物M的質量(或將A更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等) 解析　(1)由圖知彈簧測力計的分度值為0.2 N，按“二分之一”估讀法可知小數點后保留一位，故讀得結果為3.6 N. (2)本實驗中是利用平衡條件確定兩拉力的合力與重物M所受重力等值反向，故A項是必要的．因彈簧測力計的零點誤差影響到各拉力的測量值，且不能保證各拉力

10、的真實值之比與測量值之比相等，故B項也是必要的．因只有拉線方向與木板平行時才能保證各力在豎直板上記錄的方向與真實方向相同，故C項亦是必要的．由于本實驗中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗證平行四邊形定則，而當測力計A的拉力不同時O點的位置就不同，故不可能也無必要使O點靜止在同一位置，答案為D項． (3)見答案． 5.(2018·福建聯考)用如下的器材和方法可以驗證“力的平行四邊形定則”．在圓形桌子透明桌面上平鋪一張白紙，在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪，其中，滑輪P1固定在桌子邊，滑輪P2、P3可沿桌邊移動．第一次實驗中，步驟如下： A．在三根輕繩下掛上一定數量的鉤碼，并使結

11、點O靜止； B．在白紙上描下O點的位置和三根繩子的方向，以O點為起點，作出三拉力的圖示； C．以繞過P2、P3繩的兩個力為鄰邊作平行四邊形，作出O點為起點的平行四邊形的對角線，量出對角線的長度； D．檢驗對角線的長度和繞過P1繩拉力的圖示的長度是否一樣，方向是否在一條直線上． (1)這次實驗中，若一根繩掛的鉤碼質量為m，另一根繩掛的鉤碼質量為2m，則第三根繩掛的鉤碼質量一定大于________且小于________． (2)第二次實驗時，改變滑輪P2、P3的位置和相應繩上鉤碼的數量，使結點平衡，繩的結點________(填“必須”或“不必”)與第一次實驗中白紙上描下的O點重合．實驗中

12、，若桌面不水平________(填“會”或“不會”)影響實驗的結論． 答案　(1)m　3m　(2)不必　不會 解析　(1)若一根繩掛的質量為m，另一根繩掛的質量為2m，則兩繩子的拉力分別為：mg、2mg，兩繩子拉力的合力F的范圍是：|2mg－mg|≤F≤mg＋2mg，即：mg≤F≤3mg，三力的合力為零，則第三根繩掛的質量范圍在m～3m之間，即第三根繩掛的質量一定大于m且小于3m. (2)本實驗不是先用一根繩拉，然后用兩根繩去拉，使一根繩拉的作用效果與兩根繩拉的作用效果相同，而是三根繩都直接拉O點，所以O點的位置可以改變，若桌面不水平，也不會影響實驗結論． 6．(2018·衡水一模)某

13、同學利用共點力平衡的原理來探究共點力的合成是否遵守平行四邊形定則，他將三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)的一端系在一起，用三條細繩分別連結橡皮筋的另一端，按圖示方式把重物豎直吊起．在實驗中，可以通過刻度尺測量橡皮筋的長度來得到橡皮筋的拉力的大小，并通過三條細繩的方向確定三個拉力的方向，從而探究其中任意兩個拉力的合力是否與第三個力等大反向． (1)在實驗過程中，下列說法正確的是________(填正確答案標號)． A．實驗過程中需要測量三條橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長 B．以OA、OB為兩鄰邊作力的平行四邊形，其對角線一定與OC在一條直線上 C．多次實驗中可改變OA、OB的夾角或改變重

14、物質量，但結點O位置不能改變 D．每次實驗均需記錄三條細繩的方向及結點的位置 (2)為減小誤差，應選擇勁度系數適當________(填“大“或”小“)的橡皮筋，質量適當________(填“大“或“小”)的重物． 答案　(1)AD；(2)小，大． 解析　(1)A項，胡克定律關系式F＝kx中的x為橡皮筋的形變量，實驗中需要測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長得到形變量x，確定出各力大小的比例關系、故A項正確；B項，實驗中會存在一定誤差，故以OA、OB為兩鄰邊作力的平行四邊形，其對角線不一定與OC在一條直線上，故B項錯誤；C項，多次實驗中可改變夾角或重物的質量，每次實驗會同時記錄下細繩的方向和

15、橡皮筋的長度，并不要求結點位置不變，C項錯誤；D項，每次實驗都需要記錄三個力的方向，從而做出兩個力的合力與第三力的大小和方向進行比較，D項正確；故選A、D兩項． (2)實驗時應使形變量x適當大一些以減小誤差，應選擇勁度系數盡量小一些的橡皮筋，重物的質量盡量大一些． 7．(2018·合肥二模)為了較準確地測量某細線所能承受的最大拉力，甲、乙兩位同學分別進行了如下實驗． (1)甲同學操作如下： 如圖a所示，將細線上端固定，在其下端不斷增掛鉤碼，直至掛第4個鉤碼(每個鉤碼重為G)時，細線突然斷裂，甲同學將3G記為細線所能承受的最大拉力 (2)乙同學操作如下： ①用刻度尺測出細線的長度

16、l； ②按圖b所示將細線左端固定，右手捏住細線另端，然后將3個鉤碼掛在細線上； ③捏住細線的右手沿水平刻度尺緩慢向右移動，直至細線斷裂，測出此時細線兩端的水平距離d. (3)若細線質量、伸長及細線與鉤碼間的摩擦均忽略不計，根據上述實驗，請完成下列內容： ①測量結果較準確的是________(選填“甲”或“乙”)同學； ②乙同學的測量結果是________(用題中所給物理量的字母表示)； ③在乙同學的實驗中，當細線剛斷時鉤碼兩側細線的夾角________(選填“＞”“＝”或“＜”)120°. 答案　(3)①乙；②；③＞. 解析　(3)①當繩子斷時，根據共點力平衡求出繩子的最大拉力． 繩子與豎直方向夾角的正弦值為：sinθ＝，則：cosθ＝， 根據平衡有：2Fcosθ＝3G， 解得，最大拉力為：F＝. 由實驗步驟可知，甲的方案中鉤碼只能一個一個加，使得細線拉力變化不連續(xù)，造成測量的不準確，而乙的方案細線拉力可以連續(xù)變化，測量結果較準確； ②由①可知，乙同學的測量結果是：； ③由實驗步驟可知，細線所能承受的最大拉力應大于3G，兩細線間的夾角應大于120°. 7