题型13 验证力的平行四边形定则第二篇高考600分考法之物理题型抢分卷解析版.docx

题型13 验证力的平行四边形定则第二篇高考600分考法之物理题型抢分卷解析版.docx

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题型13验证力的平行四边形定则第二篇高考600分考法之物理题型抢分卷解析版

1、考法分析和解题技法

（一）考法分析

热门考法

◎考法1实验原理与操作

◎考法2数据处理与误差分析

◎考法3创新实验设计

（二）解题技法

1.实验原理与操作

2.数据处理

（1）用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．

（2）用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计的拉力F′的图示．

（3）比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．

（4）验证力的平行四边形定则中的“万变不离其宗”

①器材的变化（如图甲、乙、丙所示）

②合力、分力的变化

1）分力的获得：

弹簧测力计的拉力→钩码的重力．

2）合力的获得：

弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力．

3.误差分析

（1）弹簧测力计本身的误差．

（2）读数误差和作图误差．

（3）两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大．

4.创新实验设计

以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现拓展性、开放性、探究性等特点．探究高考命题视角：

视角1　考查对实验原理的理解、实验方法的迁移

视角2　实验器材的改进

（1）用橡皮筋

弹簧秤

三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．

（2）使用力的传感器——用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．

（3）钩码

弹簧秤

二、真题再现

考例1（2017课标卷Ⅲ，T22）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＝4.2N和F2＝5.6N.

（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）（ⅰ）见解析图　（ⅱ）4.0　0.05

【考法】实验原理与操作、数据处理与分析。

学*科网

考例2（2018天津卷）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）。

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_____。

【答案】BCB

【考法】实验原理与操作、数据处理与分析。

三、试题预测

预测1在“验证力的平行四边形定则”实验中：

（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：

A．将一根橡皮条的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线；

B．在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮条拉伸，如图甲所示，记录：

________、________、________；

C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使___________________，

记录________________．

（2）如果力的平行四边形定则得到验证，那么图乙中

＝________.

【答案】

（1）细线的方向　结点的位置O　钩码个数　结点位置与步骤B中结点位置重合　钩码个数和对应的细线方向　

（2）

【考法】实验创新设计、实验原理与操作、数据处理与分析。

预测2某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：

在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心．在O点挂上重G＝2.00N的钩码，记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则．

（1）当F1＝1.00N、F2＝1.50N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力的图示法作图，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F＝________N．（结果保留三位有效数字）

（2）该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2，作出了如图丙所示的F2—θ2图象，由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1＝________.

【答案】

（1）如图所示　2.01（1.97～2.05）　

（2）60°或

【解析】本题考查了验证力的平行四边形定则的实验．

【考法】实验创新设计、数据处理与分析。

四、跟踪速练

　1.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与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________________．

【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）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.学*科网

　2.将橡皮条的一端固定在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，当橡皮条的活动端拉到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．

（1）由图甲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．

（3）图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？

若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些？

【答案】　

（1）2.50　4.00（或4.00　2.50）　

（2）见解析图　（3）b图　误差原因见解析

【解析】

（1）弹簧测力计的最小刻度为0.1N，读数时应估读一位，所以读数分别为2.50N和4.00N.

（2）取一个小方格的边长表示0.50N，作出两个力及它们的合力如图所示．

（3）F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的，其方向一定在橡皮条所在直线上，所以b图符合实际．产生误差的原因主要是弹簧测力计读数偏差，确定分力方向不够准确等．

3．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根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：

（1）改变钩码个数，实验能完成的是____（填正确答案标号）．

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________（填正确答案标号）．

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，你认为下图中________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关系必须满足：

|F1－F2|≤F3≤F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的．

（3）实验中F3是竖直向下的．

4．某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮条的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图所示：

（1）试在图中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．

（2）（多选）有关此实验，下列叙述正确的是（　　）

A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大

B．橡皮条的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C．两次拉橡皮条时，需将橡皮条结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮条结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

（3）如图所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示）?

答：

________________________________________________.

（4）在以上比较符合实验事实的实验中，造成误差的主要原因是（至少写出两种情况）：

答：

________________________________________________

________________________________________________.

【答案】

（1）见解析图　

（2）AC　（3）甲同学实验得到的结果　（4）见解析

【解析】

（1）以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线OF即为所求的合力（如图所示）．

（3）用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实．

（4）①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行．（任选其二，合理即正确）

5．“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】

（1）2.60　

（2）见解析图　5.1　（3）60

6．在“验证力的平行四边形定则”实验中

（1）其中两个实验步骤分别是

A．在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个细绳套，通过细绳套同时用两个弹簧测力计（弹簧测力计与方木板平面平行）互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置并读出两个弹簧测力计的示数F1和F2.

B．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′并记下细绳的方向．

请指出以上步骤中的错误或疏漏：

A中是________；B中是________．

（2）在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格的边长表示为2N，O点是橡皮条的结点，请用两个直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为________N.

【答案】

（1）未记下两条细绳的方向　应将橡皮条与细绳的结点拉到原来的位置O点　

（2）10

（2）合力F的图示如图所示，由图可知F＝

N＝10

N.学*科网

7．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，将环形橡皮条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，将橡皮条两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮条的长度l）．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：

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时橡皮条两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮条的拉力记为FOO′.

④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮条搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮条的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮条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）利用表中数据在图丙给出的坐标纸上画出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，在图丁中作出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1所示　10.0（9.8、9.9、10.1均正确）

（2）1.80（1.70～1.90均正确）

（3）如解析图2所示　（4）FOO′

（3）如图2所示．

（4）在两个力和一个力作用效果相同的情况下，由平行四边形求得的力F′和一个力FOO′作用时比较，即可验证平行四边形定则．

8．小华在家设计了一个简单的实验来验证力的平行四边形定则，她找来三根完全相同的橡皮筋（遵循胡克定律）以及刻度尺、三角板、白纸、木板、三枚图钉来完成该实验．她将三根橡皮筋的一端系在一起成为一个结点O，分别用三枚图钉A、B、C将三根橡皮筋另外一端钉在铺有白纸的木板上．

图9

（1）请从下列选项中选出完成该实验不需要进行的步骤________．

A．测量橡皮筋的劲度系数

B．测量橡皮筋的自然长度

C．在白纸上记录结点O的位置

D．在白纸上记录三枚图钉A、B、C的位置

（2）做好记录后取下图钉和橡皮筋，用刻度尺在白纸上画出直线OA、OB、OC，并________________，然后算出三根橡皮筋的伸长量的比例，并按此比例作出三个力的图示，任意选两个力为邻边作平行四边形，证明其对角线________________，从而可验证“力的平行四边形定则”．

【答案】　

（1）A　

（2）分别量出结点O与图钉A、B、C的距离　与第三个力几乎等大反向

9．（12分）在做“验证力的平行四边形定则”实验时：

（1）除已有的器材：

方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔外，还必须有________________和________________．

（2）要使每次合力与分力产生相同的效果，必须（　　）

A．每次把橡皮条拉到同样的位置

B．每次把橡皮条拉直

C．每次准确读出弹簧测力计的示数

D．每次记准细绳的方向

（3）某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与绳套结点的位置．图中________是力F1与F2的合力的理论值，________是力F1与F2的合力的实验值．

【答案】

（1）橡皮条　三角板　

（2）A　（3）F　F′

【解析】

（1）做探究共点力合成的规律实验：

我们是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，测出两个力的大小和方向以及一个力的大小和方向，用力的图示画出这三个力，用平行四边形做出两个力的合力的理论值，和那一个力进行比较．所以我们需要的实验器材有：

方木板（固定白纸），白纸（记录方向画图）、刻度尺（选标度）、绳套（弹簧测力计拉橡皮条）、弹簧测力计（测力的大小）、图钉（固定白纸）、三角板（画平行四边形），橡皮条（让力产生相同的作用效果的）．故还必须有的器材是橡皮条和三角板．

（2）要使每次合力与分力产生相同的效果，每次将橡皮条拉到同样的位置，即用一个力与用两个力的作用效果相同，测出两个力的大小和方向以及一个力的大小和方向，没有必要把橡皮条拉到最大长度，故B、C、D错误，A正确．

（3）用平行四边形画出来的是理论值，和橡皮条同线的那个是实际值，所以F是理论值，F′是实际值，该实验的实验目的就是比较F1、F2合力的理论值和实验值是否相等．学*科网

10.某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮条来验证力的平行四边形定则，设计了如下实验：

（1）将橡皮条的两端分别与两条细线相连，测出橡皮条的原长；

（2）将橡皮条一端用细线固定在竖直板上的M点，在橡皮条的中点O再用细线系一重物，重物自然下垂，如图甲所示；

（3）将橡皮条另一端用细线固定在竖直板上的N点，如图乙所示．

为完成实验，下述操作中必须的是________（填正确答案标号）．

A．橡皮条两端连接的细线长度必须相同

B．要测量图甲中橡皮条Oa和图乙中橡皮条Oa、Ob的长度

C．M、N两点必须在同一高度处

D．要记录图甲中O点的位置及过O点的竖直方向

E．要记录图乙中结点O的位置、过结点O的竖直方向及橡皮条Oa、Ob的方向

【答案】　BE

11.某同学用钩码和弹簧测力计做“验证力的平行四边形定则”实验．

（1）请将实验内容补充完整：

A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，在另一端绑上两根系有细绳套的细线．

B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码（每个钩码质量均为50g），使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录　________、结点的位置O和细线方向．

C．将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉B（可随时固定）支开，在另一细线上挂上弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中α、β可测定，当

＝

时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时弹簧测力计的示数应为　________N（当地重力加速度g＝10m/s2）．

（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

【答案】　

（1）钩码的个数（细线上的拉力）　1.5　

（2）B

12．如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解，A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：

①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ

②对两个传感器进行调零

③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数

④取下钩码，移动传感器A改变θ角

重复上述实验步骤，得到表格.

F1

1.001

0.580

…

1.002

…

F2

－0.868

－0.291

…

0.865

…

θ

30°

60°

…

150°

…

（1）根据表格，A传感器对应的是表中力__________（选填“F1”或“F2”）．钩码质量为________kg（保留1位有效数字）．

（2）本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是（　　）

A．因为事先忘记调零

B．何时调零对实验结果没有影响

C．为了消除横杆自身重力对结果的影响

D．可以完全消除实验的误差

【答案】　

（1）F1　0.05　

（2）C