2021届高考物理二轮复习实验精解训练（3）实验：验证力的平行四边形定则

2021届高考物理二轮复习实验精解训练（3）

实验：验证力的平行四边形定则

1.如图甲所示，在“探究求合力的方法”实验中，A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与绳套的结点，和为细绳.

（1）该实验除了图示器材，还需要的测量工具为________.用两个弹簧测力计拉橡皮筋，将橡皮筋与绳套的结点拉到点，这时需要记录________（填写正确答案标号）.

A.橡皮筋的伸长量

B.两弹簧测力计的示数

C.橡皮筋固定端位置

D.点的位置

E.两细绳间的夹角

F.两条细绳的方向

（2）某次实验中，拉细绳的弹簧测力计指针位置如图乙所示，其读数为_________N.

（3）再用一个弹簧测力计拉橡皮筋，同样将橡皮筋与绳套的结点拉到点.实验最后得到的结果如图丙所示，其中_________（填“F”或“”）是合力的理论值，______（填“F”或“”）是合力的实际值.

2.某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2。

（1）主要实验步骤如下：

①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F；

②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下绳套1弹簧测力计的示数；

③根据力的平行四边形定则，计算此时绳套1的拉力________F；

④比较和，即可初步验证力的平行四边形定则；

⑤只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤。

（2）保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是_______。

A.逐渐增大 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大

3.在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置O；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条。

（1）某同学认为在此过程中必须注意以下几项：

A.两根细绳必须等长

B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上

C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行

D.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等

E.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置O

其中正确的是_______。（填入相应的字母）

（2）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，和为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

①图乙中的F与两力中，方向一定沿方向的是_________。

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

4.两个实验小组做了如下两个实验，请回答下列问题：

（1）一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两根不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的关系图象如图甲所示.下列说法正确的是_____.

A. a的原长比b的长  B. a的劲度系数比b的大

C. a的劲度系数比b的小 D.测得的弹力与弹簧的长度成正比

（2）另一个实验小组利用图乙所示的实验装置完成“探究求合力的方法”的实验.

①下列说法正确的是_________.

A.在测量同一组数据和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化

B.弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下

C.和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程

D.为减小测量误差，方向间夹角应为90°

②弹簧测力计的指针如图丙所示，由图可知拉力的大小为_____N.

③本实验采用的科学方法是___________.

A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法

5.如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”的实验装置图，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，和为细绳.图乙是某实验小组在白纸上根据实验结果画出的图.

（1）本实验采用的科学方法是_________.

A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法

（2）实验中，小张同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力和，图中小正方形的边长表示2 N，F为根据平行四边形定则作出的合力（图中未画出），与F的夹角分别为和，下列说法正确的是_______.

A. B. C. D.

（2）为提高实验结论的可靠性，在重复进行实验时，结点O的位置_______（填“可以”或“不可以”）变动.

6.某同学做“探究求合力的方法”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，和为细绳。请回答下列问题。

（1）实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是_____________；采用的科学方法是___________。

（2）图乙是测量中某一弹簧测力计的示数，该力大小为________N。

（3）下列措施中能减小实验误差的是_______。

A.两条细绳必须无弹性且材质相同

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短些，标记同一条细绳的方向时两标记点间距要与细绳长度一致

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，检查示数是否相同，若不同，则进行调节使之相同

7.在“探究求合力的方法”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图所示）.实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.

（1）某同学在做该实验时认为

A.拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验效果较好

B.拉橡皮条时，弹簧测力计、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.拉力和的夹角越大越好

其中正确的是________（填入相应的字母）.

（2）若两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则______（填“能”或“不能”）用一个量程为5 N的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是__________.

8.在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮条的一端固定于A点。

（1）用两只弹簧测力计将橡皮条的另一端拉至O点，其中一只弹簧测力计的示数如图所示，则其示数为________N。

（2）在分别读出两只弹簧测力计的示数和后，还必须记录的是__________。

A.两细绳套的夹角 B.两条细绳套的方向 

C.橡皮条伸长后的总长度 D.细绳套的长度

（3）改用一只弹簧测力计将橡皮条的另一端再次拉到O点，记下弹簧测力计读数及细绳套的方向。用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示和的线段为邻边作平行四边形，并作出和之间的对角线F，发现对角线F与不重合，实验误差产生的原因可能有哪些？（写出一个原因即可）_________。

（4）关于本实验，下列说法中正确的是___________。

A.弹簧测力计不需要在实验前进行校零 B.弹簧测力计的读数越大越好

C.拉两个细绳套时，两拉力夹角应为90度 D.拉细绳套时，拉力应与木板平行

答案以及解析

1.答案：（1）刻度尺；BDF

（2）2.40（2.38~2.42均可）

（3）F；

解析：（1）为了进行数据处理，还需要的测量工具为刻度尺；本实验采用“等效法”，即使一个弹簧测力计拉橡皮筋与两个弹簧测力计拉橡皮筋产生的效果相同，因此需要记录点位置，以便两次都拉到同一位置，在求两个力的合力时，需要知道其大小和方向，因此该实验需要记录两弹簧测力计的示数以及两条细绳的方向，故选B、D、F.

（2）题图乙中弹簧测力计的最小刻度为0.1 N，因此要估读到0.01 N，其读数为2.40 N.

（3）题图丙中F是根据平行四边形定则得到的合力的理论值；是由一个弹簧测力计测得的合力的实际值.

2.答案：（1）

（2）D

解析：（1）③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力；

（2）保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，说明两个细绳拉力的合力不变，作图如下：

故绳套1的拉力先减小后增大，故A、B、C错误，D正确。

3.答案：（1）CE

（2）①

②B

解析：（1）细绳的作用是能显示出力的方向，所以不必等长，故A错误；两细绳拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，橡皮条不一定在两细绳夹角的平分线上，故B错误、E正确；在拉弹簧测力计时必须要求弹簧测力计与木板平面平行，否则会因为摩擦力的存在影响力的大小，故C正确；为了更加准确地记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，两个弹簧测力计的读数不一定相等，D错误。

（2）F是通过作图的方法得到合力的理论值，由于误差的存在F和方向并不重合；合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的是等效替代法。

4.答案：（1）B

（2）AC；4.00；C

解析：（1）根据图甲可知，F与L的关系为，弹力与弹簧长度的关系图象在横轴上的截距等于弹簧原长，即弹力等于零时弹簧的长度，图线斜率等于弹簧的劲度系数k，由此可知，a的原长比b的短，a的劲度系数比b的大，选项A、C错误，B正确；测得的弹力与弹簧的长度呈线性关系，测得的弹力与弹簧的伸长量成正比，选项D错误.

（2）在“探究求合力的方法”的实验中，测量同一组数据和合力F时，橡皮条结点O的位置不能变化，选项A正确；弹簧测力计拉细线时，拉力方向可以任意，选项B错误；拉力和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，否则就不能测出力的大小，选项C正确；为了减小测量误差，的夹角不能太大，也不能太小，但不是必须为90°，选项D错误.根据弹簧测力计读数规则，最小刻度为0.1 N，需要估读到0.01 N，所以拉力大小为4.00 N.本实验采用的科学方法是等效替代法，选项C正确.

5.答案：（1）C

（2）B

（3）可以

解析：（1）因合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的科学方法是等效替代法，选项C正确.

（2）根据平行四边形定则，作出两个力的合力，如图所示.从图上可知，，合力，根据几何关系知与F的夹角为，从图上可知，，B正确.

（3）同一次实验中，O点的位置不能改变，但重复进行实验时，O点位置是可以变动的.

6.答案：（1）橡皮条沿同一方向伸长同一长度；等效替代法

（2）2.40（2.38~2.42均可）

（3）BD

解析：（1）该实验采用了等效替代法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度。

（2）题图乙中弹簧测力计的读数为2.40 N。

（3）两条细绳有无弹性，材质是否相同，均不会影响实验结果，A错误；拉力和纸面不平行，画出的力就不是实际作用力大小，B中做法可以减小实验误差，B正确；细绳应稍长些，这样在描点画力的方向时，误差较小，C错误；实验前调节弹簧测力计，使得两个弹簧测力计的读数标准相同，这样画出的平行四边形才准确，可以减小误差，D正确。

7.答案：（1）ABC

（2）不能；合力大小超过了弹簧测力计的量程

解析：（1）拉橡皮条的绳细一些且长一些，便于确定拉力方向，实验效果较好，选项A正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，否则会影响拉力大小，选项B正确；橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O点时，拉力适当大些，读数的相对误差就较小，选项C正确；拉力和的夹角适当就好，太大会导致作图产生较大误差，选项D错误.

（2）若两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力方向相互垂直，由力的平行四边形定则可知，其合力为，不能用一个量程为5 N的弹簧测力计测量出它们的合力，理由是合力大小超出了弹簧测力计的量程.

8.答案：（1）2.6

（2）B

（3）弹簧测力计读数有误差（或力的方向记录不准确、作图不准确等）

（4）D

解析：（1）根据弹簧测力计每一小格代表0.2 N，则弹簧测力计的示数为2.6 N。

（2）本实验要验证平行四边形定则，需要画出平行四边形，所以用两只弹簧测力计将橡皮条的另一端拉至O点后需要记录O点的位置以及和的大小和方向，故选项B正确，A、C、D错误。

（3）题述实验误差产生的原因可能有弹簧测力计读数有误差、力的方向记录不准确、作图不准确等。

（4）弹簧测力计需要在实验前进行校零，以便减少力的读数的误差，故A错误；弹簧测力计的读数并不是越大越好，适当即可，同时注意不要超过量程，故B错误；拉两个细绳套时，两拉力夹角不一定为90度，适当即可，保证画出的平行四边形尽量充满纸面，故C错误；拉细绳套时，拉力应与木板平行，从而减小实验误差，故D正确。