新版高考物理一轮复习习题实验三 验证力的平行四边形定则.docx

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新版高考物理一轮复习习题实验三验证力的平行四边形定则

一、基本实验要求

1．实验原理

互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等．

2．实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺．

3．实验步骤

（1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．

（2）用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．

（3）用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.

（4）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向．

（5）比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．

二、规律方法总结

1．正确使用弹簧测力计

（1）将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止．

（2）使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围．

（3）被测力的方向应与轴线方向一致．

（4）读数时应正对、平视刻度．

2．注意事项

（1）位置不变：

在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．

（2）角度合适：

用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．

（3）在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．

（4）统一标度：

在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．

3．误差分析

（1）误差来源：

除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．

（2）减小误差的办法：

①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．

②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行．

1．（多选）对于“验证力的平行四边形定则”的实验，某同学有以下认识：

A．实验中两个分力的夹角取得越大越好

B．细绳以及弹簧测力计所在平面必须与木板平行

C．拉橡皮条的细绳要长些，用铅笔画出两个定点的位置时，应使这两个点的距离尽量远些

D．作图要用细芯铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何作图法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向

以上操作可以减小误差的是________．

解析：

如果两个分力夹角太大，则合力很小，用平行四边形作图法得出的合力的误差也越大，所以实验中不能把夹角取得太大，一般以不大于100°为最佳，A错；为了减小摩擦，橡皮条、细绳、弹簧测力计应在同一平面内，且弹簧测力计的方向要与拉力的方向保持在一条直线上，以免挂钩与弹簧测力计之间产生摩擦，B对；为了减小力的方向的误差，橡皮条的细绳要长些，标记方向时所画的两个点的距离要尽量远些，C正确；由于我们画力的图示时总是有一定的误差，为了减小画图时产生的误差，要用细芯铅笔，画的图要适当大一些，而且每个力都不应该太小，所以D正确．

答案：

BCD

2．（2016·泰安模拟）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．

（1）如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．

（2）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

（3）实验时，主要的步骤是：

A．在桌上放一块方木板，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，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；

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，并用平行四边形定则求出合力F；

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．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．

上述步骤中，①有重要遗漏的步骤的序号是________和________；

②遗漏的内容分别是_____________和_______________．

解析：

（1）由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′.

（2）一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故B正确．

（3）①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E.

②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O.

答案：

（1）F′

（2）B　（3）①C　E　②C中应加上“记下两条细绳的方向”　E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”

3．（2015·洛阳模拟）某同学利用如图所示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，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：

（1）（多选）改变钩码个数，实验能完成的是（　　）

A．钩码个数N1＝N2＝2，N3＝4

B．钩码个数N1＝N3＝3，N2＝4

C．钩码个数N1＝N2＝N3＝4

D．钩码个数N1＝3，N2＝4，N3＝5

（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是（　　）

A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向

B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度

C．用量角器量出三段绳子之间的夹角

D．用天平测出钩码的质量

（3）在作图时，你认为图中________是正确的（填“甲”或“乙”）．

解析：

（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：

|F1－F2|

（2）A　（3）甲　实验中F3是竖直向下的．

答案：

（1）BCD　

（2）A　（3）甲

4．（2016·济南模拟）在“探究求合力的方法”的实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤．

（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F/N

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

伸长量x/（10－2m）

0.74

1.80

2.80

3.72

4.60

5.58

6.42

根据表中数据在图中作出F－x图象并求得该弹簧的劲度系数k＝________N/m；

（2）某次实验中，弹簧秤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，请在下列虚线框中画出这两个共点力的合力F合；

（3）由图得到F合＝________N.

解析：

（1）以水平方向为x轴，竖直方向为F轴，建立直角坐标系，然后描点，选尽可能多的点连成一条线上，其图线的斜率即为弹簧的劲度系数k，在直线上任取一点，如（6×10－2，3.2），则k＝

N/m≈53N/m.

（2）弹簧秤的读数为2.10N，选标度

合力的图示如图所示．

（3）经测量，合力F合＝3.3N.

答案：

（1）见解析图　53（±2范围内都可）

（2）2.10（有效数字位数正确，±0.02范围内都可）　见解析图　（3）3.3（±0.02范围内都可）

1．（2016·南京模拟）在“探究共点力合成规律”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：

A．在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；

B．只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉同样长度；

C．记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；

D．在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮筋的一端固定在板上P点，用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置O，并记下此位置，如图所示；

E．记下测力计的读数F′和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这个实测合力F′和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相近；

F．用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；

G．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论．

（1）上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是________________

（填选项前的字母）；正确的操作应为_______________________．

（2）上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是__________________________________________（填选项前的字母）；

（3）将以上实验步骤按正确顺序排列，应为___________________

（填选项前的字母）．

解析：

（1）B中只是说“通过细绳把橡皮筋拉同样长度”，并没有强调沿PO方向．

（2）本实验中只需要保证弹簧秤两次作用的效果相同即可，没有必要记录橡皮筋被拉伸的实际长度，故多余的步骤是F.（3）根据本实验的实验原理可知，题述实验步骤合理的顺序是DCABEG.

答案：

（1）B　只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到O点　

（2）F　（3）DCABEG

2．（2016·烟台模拟）用等效代替法验证力的平行四边形定则的实验情况如下图甲所示，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，图乙是白纸上根据实验结果画出的图．

（1）本实验中“等效代替”的含义是________．

A．橡皮筋可以用细绳替代

B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果

C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果

D．两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代

（2）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿着AO方向的是________，图中________是F1、F2合力的理论值，______是合力的实验值．

（3）（多选）完成该实验的下列措施中，能够减小实验误差的是________．

A．拉橡皮筋的绳细一些且长一些

B．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行

C．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些

D．使拉力F1和F2的夹角很小

解析：

（1）验证平行四边形定则的实验中，第一次同时用两个弹簧测力计作用在橡皮筋上，将橡皮筋与细线的结点拉到一个合适的位置，第二次只用一个弹簧测力计作用在橡皮筋上，使橡皮筋与细线的结点到达同样的位置，可见两次弹簧测力计对橡皮筋产生的作用效果相同，可以等效替代，故选D.

（2）根据第

（1）问的分析可知，力F′一定沿AO方向；据平行四边形定则合成出来的力F是合力的理论值，而力F′则是合力的实验值．（3）细绳越细，重力等因素的影响越小，弹簧测力计的读数越准确；细绳越长，则确定弹簧拉力的方向就越准确；拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行，可以避免弹簧测力计中的金属杆与测力计外壳之间的摩擦；拉橡皮筋的细绳长些，在标记同一细绳方向时两点就可以画得适当远一些，这样作图造成的误差就小；拉力F1和F2的夹角很小时，作图造成的误差会较大．综上所述，选