第09讲 验证力的平行四边形定则（练）-2019年高考物理一轮复习讲练测 13页

‎ ‎ 第09讲 验证力的平行四边形定则——练 ‎1．图甲为某物理兴趣小组做“探究求合力的方法”实验的装置，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的矢量图．‎ ‎（1）实验中，用弹簧测力计测量力的大小时，下列操作正确的是______．（填选项前的字母）‎ A．拉橡皮筋的拉力大小可以超过弹簧测力计的量程 B．应尽量避免弹簧、指针、拉杆与刻度板之间的摩擦 C．测量前，应检查弹簧指针是否指在零刻线，确认指针指在零刻度线后再进行测量 ‎（2）在图乙中，方向一定沿AO方向的是力______．（填“F”或“F′”）‎ ‎【答案】 (1)BC (2)F’‎ ‎2．在做“探究共点力合成规律”的实验时，可以先将橡皮条的一端固定在木板上，再用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一位置，之后只用一个弹簧测力计拉橡皮条使其伸长，如图所示 ‎（）关于实验操作，下列说法中正确的是__________（选填选项前的字母）．‎ A．同一次实验中点的位置允许变动 B．实验中弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时要正视弹簧测力计的刻度 C．实验中需要记录弹簧测力计的示数和弹簧测力计所施加拉力的方向 ‎（）在误差允许的范围内，此实验的结论是_________．‎ ‎【答案】 BC 在误差允许的范围内，此实验的结论是共点力合成应该遵循平行四边形定则 点睛：本实验的目的是验证力的平行四边形定则，研究合力与分力的关系，而合力与分力是等效的，本实验采用作合力与分力图示的方法来验证，根据实验原理和方法来选择。‎ ‎3．某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验：‎ ‎（1）在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮筋的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中正确的是_______‎ A．同一次实验过程中，O点位置允许变动 ‎ B．实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度 C．实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力 D．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧秤之间的夹角为90°，以便计算出合力的大小 ‎（2）如图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________（填“甲”或“乙”）同学的实验结果是符合事实的．‎ ‎【答案】 B 甲 ‎4．“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点两拉力的合力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】 2.60 5.1(5.1～5.3均可) 60‎ ‎【解析】（1）根据测力计指针的指示可读出其示数为： ；‎ ‎（2）以为邻边，作出平行四边形，如图所示，对角线表示合力：‎ 点睛：实验的核心是实验原理，根据原理选择器材，安排实验步骤，分析实验误差，进行数据处理等等。‎ ‎5．如图为“验证力的平行四边形定则”的实验装置图．‎ ‎（）请将下面实验的主要步骤补充完整．‎ ‎①将橡皮筋的一端固定在木板上的点．另一端拴上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计：‎ ‎②沿着两个方向拉弹簧测力计．将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为点，并记录两个拉力的大小及方向：‎ ‎③再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至点，记录__________．‎ ‎（）用一个弹簧测力计的将橡皮筋的活动端仍拉至点，这样做的目的是__________．‎ ‎【答案】 测力计拉力的大小及方向 使这两次弹簧计的拉力作用效果相同 ‎1．在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。‎ ‎（1）实验对两次拉抻橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的_________________（填字母代号）。‎ A. 将橡皮条拉伸相同长度即可 B. 将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C. 将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D. 将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 ‎（2）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_______（填字母代号）。‎ A. 两细绳必须等长 ‎ B. 弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 C. 用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D. 拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些 ‎【答案】 BD B ‎【解析】(1)本实验的目的是为了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,本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同, 橡皮条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,故选BD ‎(2)A、通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时,并非要求两细绳等长,故A错误;‎ B、测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验中因摩擦造成的误差,操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,所以B选项是正确的;‎ C、用两弹簧秤同时拉细绳时弹簧读数没有要求,只要使得两次橡皮条拉伸到一点就行，C错 D、为了更加准确的记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,D错 点睛:该实验采用了“等效替代”的原理,即合力与分力的关系是等效的,要求两次拉橡皮筋时的形变量和方向是等效的 ‎2．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P1固定在桌子边，滑轮P2、P3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P2、P3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P1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P2、P3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．‎ ‎【答案】 m 3m 不必 不会 点睛：本题解题时要注意与我们书本上验证力的平行四边形实验的区别，知道本实验不是采用等效替代法做实验，所以绳的结点不必保持不变．‎ ‎3．某探究实验小组在实验室运用如图所示的实验装置，验证非平衡状态下力的平行四边形定则，实验操作如下：‎ ‎（1）将三个力传感器固定在一个竖直放置的平板上，调整位置，让A、B、C三个传感器的支架方向与竖直方向的夹角分别为00、600、300，然后将三个传感器调零。‎ ‎（2）将两个完全相同的小球置于传感器A与BC的上端，稳定后启动传感器，用力将平板竖直向上提起，保持两小球不脱离支架，传感器将记录一系列相同时刻的力。‎ ‎（3）下列说法中正确的是______‎ A．传感器A的示数即为该时刻小球所受的合外力 B．传感器A的示数等于该时刻小球所受的支持力 C．相同时刻甲球所受的合外力大于乙球所受合外力 D．相同时刻甲球所受的合外力等于乙球所受合外力 ‎（4）传感器某时刻的数据为，，，请选择合适的标度，在方格中画出、、的图示，运用平行四边形定求与的合力。_______‎ ‎（5）经过比较，得出结论在非平衡状态下力的合成与分解_____（填“符合”或“不符合”）平行四边形定则。‎ ‎【答案】 BD 略 符合 运用平行四边形定则求出与的合力如图中的F所示，在误差允许范围内F与相等，即在非平衡状态下力的合成与分解符合平行四边形定则。‎ ‎【点睛】要知道力的传感器的作用，以及知道它测的什么力；同时要明确两个小球之间的联系，根据牛顿第二定律分析三个传感器力示数的意义；会画力的图示，并根据平行四边行定则求合力。‎ ‎4．在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，在橡皮绳的另一端栓上两条细绳，细绳的另一端都有绳套。先用一个弹簧秤勾住绳套拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。‎ ‎(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中不必要的是____________(填入相应的字母)‎ A．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行 B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C．应记录下两根细绳的方向 D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等 E．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置 ‎(2)某同学在坐标纸上记录了两个弹簧测力计的示数和的大小和方向，图中小正方形的边长表示1N ，两力的合力用F 表示，、与F 的夹角分别为和，关于、与F、和关系正确的有________‎ A . B . F = 6 N C． D．‎ ‎【答案】 BD BD ‎【解析】（1）A、在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行，从而减少实验误差，故A是必要的；‎ B、两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上，故B是不必要的；‎ A、由题可知：小正方形的边长表示1N，则：，故选项A错误；‎ B、由图可知，合力，故选项B正确；‎ C、由图可知，，根据几何知识可以得到：，故选项C错误，D正确。‎ 点睛：验证力的平行四边形定则是力学中的重点实验，应明确实验的原理、数据处理方法及本实验采用的物理方法。‎ ‎5．如图所示，某同学为了探究求合力的方法，将弹簧测力计B挂于竖直木板上的固定点C，下端用细线挂一重物M，手持弹簧测力计A拉结点O．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）图中弹簧测力计B的示数为________N；‎ ‎（2）关于本实验的要求，下列说法正确的是________；‎ A．拉线方向应与木板平面平行 B．重物M的重力可以不用测量 C．改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向 D．与弹簧相连的细绳应尽量短些 ‎（3）该同学改变夹角做第二次实验时结点O的位置发生了改变，两测力计拉力的合力将________‎ ‎（填“不变”或“改变”）．‎ ‎【答案】 3.45； AC； 不变 ‎1．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_____。‎ ‎【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）‎ ‎【答案】 BC B ‎【解析】①为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O点位置相同，不需要每次实验的O点位置都相同，B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误；‎ ‎②AD实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B图和C 图选用的标度相同，但C中力太小，不利于作平行四边形，故B符合题意；‎ ‎【点睛】“验证力的平行四边形定则”的实验中需要注意：‎ ‎1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止．‎ ‎2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．‎ ‎3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．‎ ‎4．实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．‎ ‎5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．‎ ‎6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．‎ ‎2．【2017·新课标Ⅲ卷】（6分）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）的纸贴在水平桌面上，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为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形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）如图 （ii）4.0 0.05‎ ‎【考点定位】验证力的平行四边形定则 ‎【名师点睛】验证力的平行四边形定则中的作图法要注意标明：力的标度、刻度、方向箭头、大小和物理量名称。‎ ‎3．【2016·浙江卷】（10分）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 ‎【解析】（1）由题图2可知弹簧秤a的读数是F1=3.0 N；因合力为F=kx=500×0.01 N=5 N，两分力的夹角为90°，则另一个分力的大小为：；‎ ‎（2）若弹簧秤a、b间的夹角大于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，根据力的平行四边形法则可知，弹簧秤a的读数变大，弹簧秤b的读数变大。‎ ‎【考点定位】探究求合力的方法 ‎【名师点睛】此题考查力的平行四边形法则问题。解题的关键是弄清实验的原理，熟练掌握力的平行四边形定则；第二问是力的动态分析，要会用“图解法”画图分析解答试题。‎ ‎ ‎