实验验证力的平行四边形定则.docx

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实验验证力的平行四边形定则

2020年高考物理备考专题练习卷---实验：

验证力的平行四边形定则

1.（2019·合肥质检）某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则．他找到两条相同的

橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设

计了如下实验．将两条橡皮筋的一端与细绳连接，结点为O细绳下挂一重物，两橡皮筋的

另一端也都连有细绳．实验时，先将一条橡皮筋的一端的细绳固定在墙上的钉子A上，另

一条橡皮筋任其下垂，如图中甲所示，将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定在墙上的钉子

B上，如图中乙所示．

（1）为完成实验，下述操作中必需的是________．

a．两橡皮筋的另一端连接的细绳a、b长度要相同

b．要测量橡皮筋的原长

c．要测量甲和乙中橡皮筋的长度

d．要记录甲中结点O的位置及过结点O的竖直方向

e．要记录乙中结点O′的位置及过结点O′的竖直方向

（2）对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的为________．

a．橡皮筋的材料和原长相同即可

b．橡皮筋的材料和粗细相同即可

c．橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同

【答案】：

（1）bce　

（2）c

【解析】：

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，根据实验原理需要知道橡皮筋的伸长量才能表示橡皮筋的弹力，故应该测量橡皮筋的原长．两条相同的橡皮筋是指橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同．

2.在“验证力的平行四边形定则”的实验中，有下列实验步骤：

a．在桌上放一块方木板，在方木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上的A点．

b．只用一只弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的示数F′和细绳的方向，按同样比例作出力F′的图示．

c．改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验．

d．记下两只弹簧测力计的示数F1、F2及结点的位置，描下两条细绳的方向，在纸上按比例作出F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F.

e．比较力F′与F，可以看出，它们在实验误差允许的范围内是相等的．

f．把两条细绳系在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O.

完成下列填空：

（1）上述步骤中，正确的顺序是______________（填写步骤前面的字母）．

（2）下列措施中能减小实验误差的是________．

A．两条细绳必须等长

B．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行

C．拉橡皮条的细绳要稍长一些，标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些

D．实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上，向相反方向拉动，检查读数是否相同，若不同，则进行调节使之相同

【答案】：

（1）afdbec　

（2）BCD

【解析】：

（1）先固定好白纸和橡皮条，两个弹簧测力计拉橡皮条到结点O，记下两个力的大小和方向，然后用一个弹簧测力计拉橡皮条到O点，记下拉力的大小和方向，由平行四边形定则画出两个力的合力，与第二次的一个力比较大小和方向；改变两个分力的大小和夹角，重复实验．故实验步骤为afdbec.

（2）两条细绳是否等长，不会影响实验误差，A错误；避免拉力和纸面不平行，那样画出的力就不是实际作用力了，B可以减小误差，B正确；细绳稍长些，这样在描点画力的方向时，偏差少，误差小，C正确；实验前调节弹簧测力计，使得两个读数标准相同，这样画出的平行四边形才准确，可以减小误差，D正确．

3.将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、

最小刻度为0.1N的弹簧测力计．沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉

到O点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．

　　　甲　　　　　　　　　乙

（1）由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N.

（2）在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．

【答案】：

（1）2.50（4.00）　4.00（2.50）　

（2）如图所示

4.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________、弹簧秤b的读数________（填“变大”“变小”或“不变”）．

【答案】：

（1）3.00（3.00～3.02）　4.00（3.90～4.10）

（2）变大　变大

【解析】：

（1）弹簧秤a的读数是3.00N；弹簧OC的拉力F＝kx＝500×1.00×10－2N＝5.00N，则弹簧秤b的读数可能为

N＝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，由力的平行四边形定则和力的图示可知，弹簧秤a的读数变大，弹簧秤b的读数变大．

5.（2019·广西桂林第十八中学模拟）“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图．

（1）图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．

（2）某同学在做该实验时认为：

A．拉橡皮条的细绳长一些，实验效果较好

B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行

C．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些

D．拉力F1和F2的夹角越大越好

其中不正确的是________________（填入相应的字母）．

【答案】：

（1）F′　

（2）D

【解析】：

（1）F是通过作图的方法得到合力的理论值，在平行四边形的对角线上，而F′是通过一个弹簧秤沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，其方向一定沿AO方向．

（2）在实验中要减小拉力方向的误差，应让标记同一细绳方向的两点尽量远些，故细绳应该长一些，故A正确；作图时，我们是在白纸中作图，做出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的方向与实际力的方向有较大差别，故应使各力尽量与木板平面平行，故B正确；拉力越大，则读数中出现的相对误差越小，故拉力应适当大些，故C正确；两个拉力的夹角过大，合力会过小，量取理论值时相对误差变大，故D错误．

6.某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．

实验步骤：

①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．

②如图甲所示，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/N

0

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

l/cm

l0

10.97

12.02

13.00

13.98

15.05

③找出②中F＝2.50N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′.

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．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）利用表中数据在坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.

（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.

（3）根据给出的标度，在图中作出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）如解析图甲所示　10.00（9.80、9.90、10.10均正确）

（2）1.80（1.70～1.90均正确）

（3）如解析图乙所示（4）FOO′

【解析】：

（1）在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．如图（a）所示，由图线可知与横轴的交点l0＝10.00cm.

（2）橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60cm，由图（a）可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N.

（3）利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力F′，如图（b）．

图（a）　图（b）

（4）FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论．

7.一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边

形定则．

（1）如图（a），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶________时电子秤的示数F.

（2）如图（b），将三根细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上．水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、________和电子秤的示数F1.

（3）如图（c），将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上．手握电子秤沿着

（2）中L2的方向拉开细线L2，使________和三根细线的方向与

（2）中重合，记录电子秤的示数F2.

（4）在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________________，则平行四边形定则得到验证．

【答案】　

（1）静止　

（2）三根细线的方向　（3）结点O的位置　（4）F和F′在误差范围内重合

【解析】　

（1）要测量装满水的水壶的重力，则应记下水壶静止时电子秤的示数F.

（2）要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时，也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1.

（3）已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O的位置不能变化，力的方向也不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与

（2）中重合，记录电子秤的示数F2.

（4）根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差范围内重合，则平行四边形定则得到验证．

8.有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

据钩码个数读出三段绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：

（1）改变钩码个数，实验能完成的是（　　）

A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4

B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4

C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4

D．钩码的个数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）根据实验原理及操作，在作图时，你认为图中________是正确的．（填“甲”或“乙”）

【答案】　

（1）BCD　

（2）A　（3）甲

【解析】　

（1）实验中的分力与合力的