高考物理一轮复习课时作业11实验：验证力的平行四边形定则（含解析）

实验：验证力的平行四边形定则

1．(2018·洛阳三模)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图所示，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．

(1)本实验中，下列选项中可以减小实验误差的是________．

A．两个分力F1、F2间的夹角尽量小些

B．两个分力F1、F2要尽量大些

C．拉橡皮筋的细绳要稍短一些

D．实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要与弹簧秤刻度盘垂直

(2)本实验中，若将细绳换成橡皮筋，则实验结果________发生变化．(选填“会”或“不会”)

(3)为了完成实验，在用两个完全相同的弹簧秤成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有________

A．两细绳的方向　　　　 B．橡皮筋的原长

C．两弹簧秤的示数   D．结点O的位置

答案　(1)BD　(2)不会　(3)ACD

解析　A项，实验是通过作图得出结果，两个分力F1、F2间的夹角尽量大些，故A项错误；

B项，实验是通过作图得出结果，故在不超出量程的情况下为了减小误差应让拉力尽量大些，故B项正确；

C项，为了准确记下拉力的方向，故采用两点描线时两点应尽量距离大一些，故细绳应长些，故C项错误；

D项，为了防止出现分力的情况，应让各力尽量贴近木板，且与木板平行，同时，读数时视线要正对弹簧秤刻度，故D项正确；

(2)由于O点的作用效果相同，将两个细绳套换成两根橡皮条，不会影响实验结果．

(3)该实验的实验目的是验证力的平行四边形定则，要根据两个弹簧拉橡皮筋时两个拉力的大小和方向做出平行四边形求出其合力大小，然后与一个弹簧拉橡皮筋时的拉力大小进行比较，最后得出结论，故需要记录的是两弹力的大小和方向．

2．某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图(a)所示．

(1)试在图(a)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)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筋的拉力大

B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置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筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

(3)如图(b)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)________．

(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

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)．

(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B项错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D项错误；正确的只有A、C两项．

(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋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)．

3．(2018·安阳二模)如图所示，在做“互成角度的两个力的合成”实验中，只有一个弹簧秤，但是某同学仍完成实验，实验操作后得到的数据如图所示．

(1)假如你是该同学，请完成下列实验中的操作步骤：

①在橡皮条的自由端拴一细绳和弹簧秤，拉动橡皮条的结点到O，记录O点的位置，记下弹簧秤的读数F1和方向，并记录细绳的方向；

②改变弹簧秤和细绳的方向，拉橡皮条的节点到位置O，使细绳在原来________的方向上，弹簧秤在原来________的方向上，并记录弹簧秤读数；

③单独用弹簧秤拉细橡皮条的结点到位置O，并记录________．

(2)请在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理．

答案　(1)②弹簧秤；细绳；③弹簧秤的读数及方向；(2)如解析图．

解析　(1)实验要测出拉力的大小与方向，由实验可知，实验步骤为：

②改变弹簧秤和细绳的方向，拉橡皮条的节点到位置O，使细绳在原来弹簧秤的方向上，弹簧秤在原来细绳的方向上，并记录弹簧秤读数；

③单独用弹簧秤拉细橡皮条的结点到位置O，并记录弹簧秤的读数及方向．

(2)根据实验数据与标度，作出两力的合力如图所示：

4.某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．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)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________ N.

(2)下列不必要的实验要求是________．(请填写选项前对应的字母)

A．应测量重物M所受的重力

B．弹簧测力计应在使用前校零

C．拉线方向应与木板平面平行

D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．

答案　(1)3.6　(2)D

(3)①改变弹簧测力计B拉力的大小　②减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等)

解析　(1)由图知弹簧测力计的分度值为0.2 N，按“二分之一”估读法可知小数点后保留一位，故读得结果为3.6 N.

(2)本实验中是利用平衡条件确定两拉力的合力与重物M所受重力等值反向，故A项是必要的．因弹簧测力计的零点误差影响到各拉力的测量值，且不能保证各拉力的真实值之比与测量值之比相等，故B项也是必要的．因只有拉线方向与木板平行时才能保证各力在竖直板上记录的方向与真实方向相同，故C项亦是必要的．由于本实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行四边形定则，而当测力计A的拉力不同时O点的位置就不同，故不可能也无必要使O点静止在同一位置，答案为D项．

(3)见答案．

5.(2018·福建联考)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，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳挂的钩码质量一定大于________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　(1)m　3m　(2)不必　不会

解析　(1)若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则两绳子的拉力分别为：mg、2mg，两绳子拉力的合力F的范围是：|2mg－mg|≤F≤mg＋2mg，即：mg≤F≤3mg，三力的合力为零，则第三根绳挂的质量范围在m～3m之间，即第三根绳挂的质量一定大于m且小于3m.

(2)本实验不是先用一根绳拉，然后用两根绳去拉，使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉O点，所以O点的位置可以改变，若桌面不水平，也不会影响实验结论．

6．(2018·衡水一模)某同学利用共点力平衡的原理来探究共点力的合成是否遵守平行四边形定则，他将三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)的一端系在一起，用三条细绳分别连结橡皮筋的另一端，按图示方式把重物竖直吊起．在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力的大小，并通过三条细绳的方向确定三个拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力是否与第三个力等大反向．

(1)在实验过程中，下列说法正确的是________(填正确答案标号)．

A．实验过程中需要测量三条橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长

B．以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，其对角线一定与OC在一条直线上

C．多次实验中可改变OA、OB的夹角或改变重物质量，但结点O位置不能改变

D．每次实验均需记录三条细绳的方向及结点的位置

(2)为减小误差，应选择劲度系数适当________(填“大“或”小“)的橡皮筋，质量适当________(填“大“或“小”)的重物．

答案　(1)AD；(2)小，大．

解析　(1)A项，胡克定律关系式F＝kx中的x为橡皮筋的形变量，实验中需要测量橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长得到形变量x，确定出各力大小的比例关系、故A项正确；B项，实验中会存在一定误差，故以OA、OB为两邻边作力的平行四边形，其对角线不一定与OC在一条直线上，故B项错误；C项，多次实验中可改变夹角或重物的质量，每次实验会同时记录下细绳的方向和橡皮筋的长度，并不要求结点位置不变，C项错误；D项，每次实验都需要记录三个力的方向，从而做出两个力的合力与第三力的大小和方向进行比较，D项正确；故选A、D两项．

(2)实验时应使形变量x适当大一些以减小误差，应选择劲度系数尽量小一些的橡皮筋，重物的质量尽量大一些．

7．(2018·合肥二模)为了较准确地测量某细线所能承受的最大拉力，甲、乙两位同学分别进行了如下实验．

(1)甲同学操作如下：

如图a所示，将细线上端固定，在其下端不断增挂钩码，直至挂第4个钩码(每个钩码重为G)时，细线突然断裂，甲同学将3G记为细线所能承受的最大拉力

(2)乙同学操作如下：

①用刻度尺测出细线的长度l；

②按图b所示将细线左端固定，右手捏住细线另端，然后将3个钩码挂在细线上；

③捏住细线的右手沿水平刻度尺缓慢向右移动，直至细线断裂，测出此时细线两端的水平距离d.

(3)若细线质量、伸长及细线与钩码间的摩擦均忽略不计，根据上述实验，请完成下列内容：

①测量结果较准确的是________(选填“甲”或“乙”)同学；

②乙同学的测量结果是________(用题中所给物理量的字母表示)；

③在乙同学的实验中，当细线刚断时钩码两侧细线的夹角________(选填“＞”“＝”或“＜”)120°.

答案　(3)①乙；②；③＞.

解析　(3)①当绳子断时，根据共点力平衡求出绳子的最大拉力．

绳子与竖直方向夹角的正弦值为：sinθ＝，则：cosθ＝，

根据平衡有：2Fcosθ＝3G，

解得，最大拉力为：F＝.

由实验步骤可知，甲的方案中钩码只能一个一个加，使得细线拉力变化不连续，造成测量的不准确，而乙的方案细线拉力可以连续变化，测量结果较准确；

②由①可知，乙同学的测量结果是：；

③由实验步骤可知，细线所能承受的最大拉力应大于3G，两细线间的夹角应大于120°.