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2022届一轮复习专题练习15 实验:验证力的平行四边形定则(解析版)
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微专题15 实验:验证力的平行四边形定则本实验方案有多种:橡皮筋和弹簧测力计、橡皮筋加钩码、全用橡皮筋或弹簧、全用钩码等.无论什么方案,本实验的核心是要理解合力和分力分别是哪些力,怎样确定合力、分力的大小和方向,怎样作力的平行四边形图形.1.(2020·天一大联考)如图1所示,某实验小组在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,在水平放置的木板上固定一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上的P点,另一端拴两根轻细绳.实验操作步骤如下:图1(1)用两个弹簧测力计分别钩住两细绳,互成角度地拉橡皮条使之伸长,当结点到达某一位置O时,需记下O点的位置,同时需记下两弹簧测力计的示数和____________.(2)再用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条拉长,使结点到达同一位置O,此时需要再记下弹簧测力计________________.(3)在白纸上按同一标度画出用两弹簧测力计拉细绳时力F1、F2的图示和用一个弹簧测力计拉细绳时力F的图示.如图所示,若实验步骤(1)中左右两弹簧测力计的指针位置始终保持不变,则在实验时使两细绳方向的夹角从60°逐渐变化到120°的过程中,则步骤(2)中弹簧测力计的示数可能为________.A.1.00 N B.1.50 NC.2.50 N D.3.50 N答案 (1)描绘下两细绳的方向(意思对即可) (2)示数及细绳的方向 (3)C解析 (1)(2)根据实验原理可知,用两个测力计分别钩住细绳套互成角度地拉橡皮条使之伸长,需要记下结点位置、两测力计的示数和两细线的方向;再用一个弹簧测力计拉橡皮条时,应使结点到达同一位置,并记下弹簧测力计示数和细绳的方向.(3)根据题图可知两个力大小分别为2.00 N和1.50 N,且二力夹角在60°到120°变化,由几何关系可得二力合力大小为F=,合力最大值为F= N,最小值为F= N,故选项C正确.2.(2020·广东佛山市高三二模)小张同学为了验证力的平行四边形定则,设计如下实验,其装置如图2甲所示.实验步骤如下:图2(1)将3条完全相同的弹性橡皮条(满足胡克定律)的一端连接在一起形成一个结点O,先测量出每根橡皮条的自然长度x0;(2)在竖直平面内固定一木板,在木板上固定一张白纸,用图钉将其中两条橡皮条的A、B端固定在木板上,在另一条橡皮条C端悬挂一小重锤,并确保橡皮条不超出弹性限度,且与纸面无摩擦;(3)待装置平衡后,分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3,并在白纸上记录________;(4)取下白纸,如图乙所示,在白纸上分别用长度(x1-x0)、(x2-x0)代表橡皮条OA和OB拉力的大小,作出力的图示OA′和OB′,并以OA′和OB′为两邻边作一平行四边形OA′C′B′,测量出OC′长度x4,如果近似可得x4=________,且OC′的方向________,则实验验证了力的平行四边形定则;(5)改变A、B的位置,重复(2)到(4)的实验步骤进行多次验证.答案 (3)O、A、B三点的位置以及OC的方向 (4)x3-x0 与OC的方向相反解析 (3)待装置平衡后,分别测量出橡皮条OA、OB和OC的长度x1、x2、x3,并在白纸上记录O、A、B三点的位置以及OC的方向.(4)如果近似可得x4=x3-x0,且OC′的方向与OC的方向相反,则实验验证了力的平行四边形定则.3.(2020·云南昆明市摸底诊断)某同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中,利用以下器材:两个轻弹簧A和B、白纸、方木板、橡皮筋、图钉、细线、钩码、刻度尺、铅笔.实验步骤如下:(1)用刻度尺测得弹簧A的原长为6.00 cm,弹簧B的原长为8.00 cm;(2)如图3甲,分别将弹簧A、B悬挂起来,在弹簧的下端挂上质量为m=100 g的钩码,钩码静止时,测得弹簧A长度为6.98 cm,弹簧B长度为9.96 cm.取重力加速度g=9.8 m/s2,忽略弹簧自重的影响,两弹簧的劲度系数分别为kA=________ N/m,kB=________ N/m;图3(3)如图乙,将木板水平固定,再用图钉把白纸固定在木板上,将橡皮筋一端固定在M点,另一端系两根细线,弹簧A、B一端分别系在这两根细线上,互成一定角度同时水平拉弹簧A、B,把橡皮筋结点拉到纸面上某一位置,用铅笔描下结点位置记为O.测得此时弹簧A的长度为8.10 cm,弹簧B的长度为11.80 cm,并在每条细线的某一位置用铅笔记下点P1和P2;(4)如图丙,取下弹簧A,只通过弹簧B水平拉细线,仍将橡皮筋结点拉到O点,测得此时弹簧B的长度为13.90 cm,并用铅笔在此时细线的某一位置记下点P,此时弹簧B的弹力大小为F′=________N(计算结果保留3位有效数字);(5)根据步骤(3)所测数据计算弹簧A的拉力FA、弹簧B的拉力FB,在图丁中按照给定的标度作出FA、FB的图示,根据平行四边形定则作出它们的合力F的图示,测出F的大小为________N.(结果保留3位有效数字)(6)再在图丁中按照给定的标度作出F′的图示,比较F与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 (2)100 50 (4)2.95 (5)如图所示(FA=2.10 N、FB=1.90 N) 2.80~2.95
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