2019年高考物理一轮复习专题05验证力的平行四边形定则含解析.pdf

验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则 【纲要导引】【纲要导引】 验证力的平行四边形定则属于基础实验，难度不大。 【点拨练习】【点拨练习】 1 （2018天津）某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所有器材有：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） 。 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 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】 （1）BC；（2）B 【解析】 （1） A、 F1、 F2方向间夹角大小适当即可， 不一定要橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上， 故 A 错误； B、合力与分力的关系为等效替代的关系，效果是相同的，所以在同一次实验时，需要让两个力拉橡皮条和 一个力拉橡皮条产生的作用效果相同，则必定结点 O 的位置要相同 ； 而在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。故 B 正确； C、使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，可以减小因摩擦产生的误差 ； 读数时视线应正对测力计刻度， 可以减小偶然误差。故 C 正确； D、用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力不一定必须都小于只用一个测力计时的拉力，故 D 错误； 故选：BC （2）A、为了便于确定拉力的方向，拉橡皮条的细绳要稍长一些，同时在纸上描点时，所描的点不要太靠 近结点，该图中所描的点太靠近结点。故 A 错误； B、该图中所描的点到结点的距离适中，力的大小适中，而且两个力的角度的大小也适中。故 B 正确； C、实验要方便、准确，两分力适当大点，读数时相对误差小，但不宜太大，该图中的读数都太小，故 C 错 误； D、该图中两个分力之间的夹角太小，这样误差容易大，故 D 错误； 故选：B 2 （2017新课标）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 1mm）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 （位于图示部分除外） ，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 4.2N 和 F25.6N。 （i）用 5mm 长度的线段表示 1N 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）4.0，0.05。 【解析】 （1）弹簧测力计的最小刻度为 0.2N，由图可知，F 的大小为 4.0N。 （2） （i）根据图示法作出力的示意图，根据平行四边形定则得出合力，如图所示。 （ii）用刻度尺量出 F合的线段长为 20mm，所以 F合大小为 4.0N，结合图象根据数学几何关系知，F合与拉 力 F 的夹角的正切值为 0.05。 3 （2018新罗区）某同学在做“验证力的平行四边形定则实验时” ，将橡皮筋改为劲度系数为 400N/m 的轻 质弹簧 AA，将弹簧的一端 A固定在竖直墙面上。不可伸长的细线 OA、OB、OC 分别固定在弹簧的 A 端和 弹簧秤甲、乙的挂钩上，其中 O 为 0A、OB、OC 三段细线的结点，如图 1 所示，在实验过程中，保持弹簧 AA 伸长 1.00cm 不变。 （1）若 OA、OC 间夹角为 90°，弹簧秤乙的读数是 N （如图 2 所示） （2）在（1）问中若保持 O 点的位置以及 OA 与 OB 的夹角不变，逐渐增大 OA 与 OC 的夹角，则弹簧秤甲的 读数大小将 ， 弹簧秤乙的读数大小将 。（填 “变大” 、 “变小” 、 “不变” 、 “先变大后变小” 、 “先 变小后变大” ） 【答案】 （1）3.00；（2）变小；先变小后变大。 【解析】 （1）由图示弹簧秤可知，其分度值为 0.1N，弹簧秤的读数是 3.00N。 （2）在（1）问中若保持 OA 与 OB 的夹角不变，逐渐增大 OA 与 OC 的夹角，甲、乙两个弹簧秤弹力的合力 不变，如图所示，则可知弹簧秤甲的读数大小逐渐变小，弹簧秤乙的读数大小先变小后变大。 4 （2016浙江） 某同学在 “探究弹簧和弹簧伸长的关系” 的实验中， 测得图中弹簧 OC 的劲度系数为 500N/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 1.00cm 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 的读数是 、弹簧秤 b 的读数 （填“变大” 、“变小”或“不变” ） 【答案】 （1）3.00，4.00；（2）变大；变大 【解析】 （1）根据胡克定律可知，Fkx500×0.015N； 根据弹簧秤的读数方法可知， a 的读数为 3.00N； 两弹簧秤夹角为 90°， 则可知， b 的读数为 ： F 4.00N； （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 ； 如图所示；则可知两弹簧秤的示数均变大； 5 （2015山东）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 实验步骤： 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 如图 1 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 0.50N，测出所对应的 l，部分数据如表所示： F/N00.501.001.502.002.50 l/cml010.9712.0213.0013.9815.05 找出中 F2.50N 时橡皮筋两端的位置，重新标记为 O、O'，橡皮筋的拉力记为 FOO 在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图 1 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）利用表中数据在图 2 的坐标纸上画出 Fl 图线 （2）测得 OA6.00cm，OB7.60cm，则 FOA的大小为 N （3）根据给出的标度，在图 3 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 【答案】 （1）如图所示；10.0；（2）1.80N；（3）如图所示；（4）F00' 【解析】 （1）根据表格中数据利用描点法作出图象如图所示； 由图可知，图象与横坐标的交点即为 l0，由图可知 l010.0cm； （2）AB 的总长度为 6.00+7.60cm13.60cm；由图可知，此时两端拉力 F1.80N； （3）根据给出的标度，作出合力如图所示； （4）只要作出的合力与实验得出的合力 F00'大小和方向在误差允许的范围内相等，即可说明平行四边形定 则成立； 6 （2015安徽）在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上， 将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端，用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳 套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示，请将以下的实验操作和 处理补充完整： 用铅笔描下结点位置，记为 O； 记录两个弹簧测力计的示数 F1和 F2，沿每条细绳（套）的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应 的点连成线； 只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置 O，记录测力计的示数 F3， ； 按照力的图示要求，作出拉力 F1，F2，F3； 根据力的平行四边形定则作出 F1和 F2的合力 F； 比较 的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验 【答案】记下细绳的方向；力 F3与 F 的大小和方向 【解析】步骤中要记下细绳的方向，才能确定合力的方向，从而用力的图示法画出合力； 步骤比较力 F3与 F 的大小和方向，看它们的一致程度，得出结论 7 （2011江苏） 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，手持另一端水平向左拉，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。方法一： 方法二： （4）该同学在实验中保持弹簧测力计 B 的拉力的方向一直水平，你认为该做法科学吗？为什么？答： 。 【答案】 （1）3.8；（2）D； （3）减小弹簧测力计 B 的拉力；减小重物的质量； （4）不科学，因为不能验证任意角度下的力的合成满足平行四边形法则。 【解析】 （1）弹簧测力计读数，每 1N 被分成 5 格，则 1 格就等于 0.2N图指针落在 3N 到 4N 的第 3 格处， 所以 3.8N。 （2）A、实验通过作出三个力的图示，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 A 项也需要； B、弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零。故 B 项也需要； C、拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性。故 C 项也需要； D、当结点 O 位置确定时，弹簧测力计 A 的示数也确定，由于重物的重力已确定，两力大小与方向均一定， 因此弹簧测力计 B 的大小与方向也一定，所以不需要改变拉力多次实验。故 D 项不需要。 故选：D。 （3）当弹簧测力计 A 超出其量程，则说明弹簧测力计 B 与重物这两根细线的力的合力已偏大。又由于挂重 物的细线力的方向已确定，所以要么减小重物的重量，要么改变测力计 B 拉细线的方向，或改变弹簧测力 计 B 拉力的大小，从而使测力计 A 不超出量程。 （4）不科学，因为不能验证任意角度下的力的合成满足平行四边形法则。