实验题02验证力的平行四边形定则解析版备战高考物理满分卷题型专练.docx
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实验题02验证力的平行四边形定则解析版备战高考物理满分卷题型专练
实验题02验证力的平行四边形定则
时间:
50分钟满分:
100分
1.(4分)(2020·北京高一期末)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,某同学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和OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。
(1)图乙中的F是力F1和F2合力的_________值(请填写“理论值”或是“实际测量值”);
(2)本实验探究合力与分力关系用到的科学思想方法是________________(请从“理想化模型”、“等效替代”、“放大微小量”、“控制变量”四种中选填一种)。
【答案】实际测量值等效替代
【解析】
【分析】
由于实验误差的存在,导致
与
合成的理论值(通过平行四边形定则得出的值)与实际值(实际实验的数值)存在差别,只要O点的作用效果相同,是否换成橡皮条不影响实验结果。
【详解】
(1)
是通过一个弹簧称沿AO方向拉橡皮条,使橡皮条延长到O点,使得一个弹簧称的拉力与两个弹簧称的拉力效果相同,测出的合力是实际测量值。
(2)由于误差的存在,
与
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。
2.(8分)(2020·黑龙江省大庆中学高三开学考试)某同学用如图所示的装置“验证力的平行四边形定则”。
在某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图所示。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中细绳BO对O点的拉力大小为________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.弹簧测力计应在使用前校零
B.用两个弹簧测力计同时拉细绳时,它们的示数之差应尽可能大
C.改变拉力,进行多次实验,每次都要使O点静止在同一位置
D.为了验证力的平行四边形定则,应采用作力的图示来表示分力与合力
(3)为了提高实验的准确性,减少误差,请您提出合理的解决办法:
(至少二条)
①________________________________________;
②________________________________________。
【答案】3.60BC选用弹性小的细绳橡皮条、细绳套和弹簧测力计的轴应在同一平面上且与板面平行贴近等
【解析】
【详解】
(1)弹簧测力计读数,每1N被分成5格,则1格就等于0.2N.图指针落在3N到4N的第3格处,所以拉力大小为3.6N;
(2)弹簧测力计是测出力的大小,所以要准确必须在测之前校零,故A项需要;对弹簧测力计的示数没有什么要求,故B不需要;O的位置可以变动,只需要保证作用效果相同即可,故C不需要;实验通过作出三个力的图示,来验证“力的平行四边形定则”,故D项需要;故选:
BC。
(3)①选用弹性小且适当长的细绳;②橡皮条、细绳和测力计的轴应在同一平面上,且与板面平行贴近;
3.(4分)(2019·湖南省长沙一中高一期中)做“验证力的平行四边形定则”的实验时:
(1)要使两次合力与分力产生相同的效果,必须满足________;
A.每次将橡皮条结点拉到同样的位置
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
(2)在验证力的平行四边形定则实验中得到如下数据,请选择合适的标度在如图方框中作图完成实验数据的处理__。
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]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,故A正确,BCD错误。
故选A。
(2)[2]根据图中数据作图如图所示
4.(6分)(2019·湖南省长沙一中高一期末)某课外兴趣小组做“探究求合力的方法”实验。
如图所示,贴有白纸的木板竖直放置,三个细线套L1、L2、L3的一端共系于一个结点,另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上,A挂于固定点P,手持弹簧测力B的一端拉动细线,使结点静止于O点。
(1)某次实验中A的指针位置如图所示,其读数为______N;
(2)下列实验操作正确的是______
A.实验前对弹簧测力计不需要进行调零
B.本实验中的细线越短越好
C.实验过程中弹簧测力计和细线与木板平行
D.本实验不需要测量重物M的重力
(3)在图示情况下,手持弹簧测力B使L2绕节点逆时针缓慢转动,则结点O的位置会不会变动?
______(选填“会”或“不会”)
【答案】1.50NC会
【解析】
【详解】
(1)[1]由图中可的读数为1.50N,注意往下估读一位。
(2)[2]A.实验前对弹簧测力计需要进行调零,A错误;
B.本实验中的细线不能太短,太短不方便画出力的方向,B错误;
C.实验过程中弹簧测力计和细线与木板平行,保证力都在同一平面内,C正确;
D.由于需要作出合力,故需要测量重物的重力,D错误;
故选C。
(3)[3]弹簧测力B使L2绕节点逆时针缓慢转动时,合力大小没变,两分力夹角发生了变化,故两分力大小会发生变化,故结点O的位置会发生变化。
5.(4分)(2020·山东省高一期末)“探究互成角度的力的合成规律”的实验如图所示,图中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,
和
表示用两个弹簧测力计拉橡皮筋时的力,F表示用一个弹簧测力计拉橡皮筋时的力,
表示由平行四边形定则作出的
和
的合力。
(1)关于此实验,下列说法中正确的是__________
A.实验中采用的科学方法为控制变量法
B.OB、OC两绳间的夹角越大越好
C.两次拉橡皮筋时,只需保证橡皮筋伸长量相同即可
D.拉橡皮筋时,弹簧秤、橡皮筋、细绳应靠近木板且与木板平面平行
(2)实验中,图中符合实验事实的是(____)
A.
B.
C.
D.
【答案】DA
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]A.合力和分离是等效替代关系,即一个合力与几个分离共同作用的效果相同,可以相互代替,所以本实验采用的方法为等效替代法,故A错误;
B.OB、OC两绳间的夹角适当就好,没必要太大,故B错误;
C.为了比较两个力的合力与一个力的关系,除了记录大小,还需要记录方向,故C错误;
D.为了减小实验误差,在使用弹簧测力计时要注意尽量使弹簧秤、橡皮筋、细绳应靠近木板且与木板平面平行,故D正确。
故选D。
(2)[2]根据题意F表示根据“等效性”通过实验得到的合力即实验测得的力沿绳子方向;作图法得到的合力F′在平行四边形的对角线上,由于误差的存在合力的理论值与实验值有一定的差别,故A正确,BCD错误。
故选A。
6.(6分)(2020·河南省高二学业考试)在“研究力的合成与分解”的实验中:
(1)某同学在水平放置的木板上垫一张白纸,并使白纸固定,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线,通过细线同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点达到某一位置O点,下列关于此时应记录的数据的说法中正确的是_____
A.只需记录下此时两弹簧秤的读数F1与F2及对应的两拉力的方向
B.需记录下此时两弹簧秤的读数F1与F2、对应的两拉力的方向以及结点对应的位置O
(2)接着该同学改用一个弹簧秤来拉橡皮条,关于此时的操作及应记录的数据的说法中正确的是________
A.拉橡皮条时必须使结点与位置O重合
B.拉橡皮条时不必使结点与位置O重合
C.此时必须要记录下弹簧秤的读数F′
D.只需记录下拉力的方向而不必记录下弹簧秤的读数F′
(3)此后为了探究F1、F2与F′的关系,应作出F1、F2与F′的______。
A.力的示意图B.力的图示
【答案】BACB
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]在该实验中,需要研究两个力的作用效果和一个力的作用效果是否相同,当用两根弹簧秤拉时,需记下两弹簧秤的读数F1与F2、对应的两拉力的方向以及结点对应的位置O,故B正确,A错误。
故选B。
(2)[2]当用一根弹簧秤拉时,要使得一根弹簧秤的拉力效果和两根弹簧秤的拉力效果相同,则需将结点与位置O重合,同时需记下弹簧秤的示数和方向,故AC正确,B、D错误。
故选AC。
(3)[3]在探究力的关系时,需将力的大小和方向都反映出来,所以采用力的图示法,故B正确,A错误。
故选B。
7.(4分)(2020·辽宁省高一期末)某同学在探究“力的合成的平行四边形法则”的实验中,利用图钉、平板、橡皮条、弹簧秤及铅笔刻度尺进行有关实验。
(1)图中B测力计的示数为__________N。
(本实验用的弹簧测力计示数的单位为N)
(2)在做实验时,橡皮条的一端固定在木板上,另一端系上两根带绳套的细绳。
实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套把橡皮条的一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是(______)
A.两根细绳必须等长
B.同一次实验中,O点位置不允许变动
C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°
D.本实验采用的科学方法是等效替代法
【答案】3.6BD
【解析】
【分析】
(1)由图示弹簧测力计确定其分度值,读出其示数;
(2)根据实验原理进行分析即可;
【详解】
(1)由图示可知,弹簧测力计分度值为
,其示数为
;
(2)A、细线的作用是能显示出力的方向,所以不必须等长,故A错误;
B、本实验研究合力与分力的关系,合力与分力是等效的,同一次实验过程中,O点位置不能变动,以保证橡皮筯伸长的长度相同,方向相同,即效果相同,故B正确;
C、本实验只要使两次效果相同就行,两个弹簧称拉力的方向没有限制,并非一定要夹角为90°不变,故C错误;
D、本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同,采用的科学方法是等效替代法,故D正确。
【点睛】
本题考查了验证力的平行四边形定则时如何进行操作,以及弹簧秤的读数问题,对于基础实验一定熟练掌握才能为解决复杂实验打好基础。
8.(6分)(2019·南昌市八一中学高考模拟)某物理课外兴趣小组的三名同学想“验证力的平行四边形定则”,他们找到了如下物品:
一根粗细均匀的长橡皮筋、木板、剪刀白纸、铅笔、刻度尺、三角板、三个重量相同的钩码图钉和细绳若干。
他们设计了如下实验方案:
步骤1:
橡皮筋一端固定,另一端系上细绳套,分别挂上一个两个、三个钩码,用刻度尺测量挂上相应的钩码时橡皮筋的长度,看伸长量是否与所挂钩码数成正比,若成正比则进行下一步;
步骤2:
将橡皮筋剪成长度均为的三段,将三段橡皮筋的一端系在一起设为结点O,另一端均系上细绳套,任取两细绳套对拉检查对应橡皮筋长度是否相等,若相等则进行下一步;
步骤3:
在木板上固定白纸,在白纸合适位置用图钉套住一细绳套,现用手将另两细绳套成一定角度往下拉适当的距离记录结点O的位置和测量三段橡皮筋的长度l1、l2、l3。
(如图所示)
(1)则有关上述操作说法正确的有(______)
A.步骤1的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律
B.步骤2的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同
C.步骤3还需要记录橡皮筋2、3的方向
D.步骤3还需要测力计测量三段橡皮筋的拉力大小
(2)该小组的三名同学分别做此实验,则他们在改变细绳的夹角再做实验时___________(填“需要”或“不需要”)保证结点O位置不变。
现测得l=10.0m,则甲、乙、丙记录的数据明显存在错误的是___________(填“甲”或“乙”或“丙”)。
甲:
l1=l2=l3=15.0cm;
乙:
l1=15.0cm,l2=120.cm,l3=12.0cm;
丙:
l1=16.0cm,l2=13.0cm,l3=14.0cm
【答案】ABC不需要乙
【解析】
【分析】
(1)根据实验的原理结合实验的步骤分析解答;
(2)此实验是用橡皮筋的形变量来代替力的大小,根据三力平衡的条件即可分析。
【详解】
(1)步骤1中,若橡皮筋的伸长量与所挂钩码数成正比说明符合胡克定律,则步骤1的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律,选项A正确;任取两细绳套对拉,因橡皮筋受的拉力相等,若对应橡皮筋长度相等,则形变量相同,则劲度系数相同;则步骤2的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同,选项B正确;步骤3还需要记录橡皮筋2、3的方向,选项C正确;因橡皮筋的拉力与形变量成正比,则步骤3不需要测力计测量三段橡皮筋的拉力大小,选项D错误;故选ABC.
(2)该小组的三名同学分别做此实验,则他们在改变细绳的夹角再做实验时,因两次实验间无任何关系,则不需要保证结点O位置不变。
用橡皮筋的长度减去原长即为伸长量,此伸长量与力成正比,可代替力来操作,则甲同学中三个力分别对应:
5、5、5,三力能平衡;乙同学中三个力对应:
5、110、2,此三力不可能平衡;乙同学中三个力对应:
6、3、4,此三力可能平衡;故乙记录的数据明显存在错误;
9.(6分)(2018·江苏省高考模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”实验的情况如下图甲所示,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)关于此实验的下列说法中正确的是_______.
A. 同一次实验中,O点位置不允许变动
B. 实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置
C. 实验中,把橡皮筋的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°
D. 实验中,要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点
(2)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是________.
(3)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】ACF′B
【解析】
【详解】
(1)A.本实验采用的是等效替代的方法,同一次实验中,O点位置不允许变动,故A正确;
B、实验中,需记录弹簧测力计的读数和O点的位置,以及拉力方向,故B错误;
C、实验中,把橡皮筋的另一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角适当大一些,不一定等于90度,故C错误。
D、本实验只要达到效果相同,对弹簧称拉力的大小没有要求,不需要将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,故D错误;
(3)合力的实际测量值为一个弹簧拉绳套时的弹簧的弹力大小和方向,而理论值是通过平行四边形定则得到的值,所以图乙中的F与
两力中,方向一定沿AO方向的是
;
(4)合力与分力是等效替代的关系,所以本实验采用的等效替代法,故ACD错误,B正确.
点睛:
本实验采用的是等效替代的方法,即一个合力与几个分力共同作用的效果相同,可以互相替代;解答实验的出发点为明确实验原理、实验步骤、数据处理,明确合力和分力之间的关系,同时注意应用所学物理基本规律解决实验问题.
10.(4分)(2018·荆门市龙泉中学高考模拟)在做“探究求合力的方法”的实验中,为了使实验能够顺利进行,且尽量减小误差,你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是___.
A.使用测力计前应校对零点
B.用测力计拉细绳套时,拉力应沿弹簧的轴线,且与水平木板平行
C.两细绳套必须等长
D.用测力计拉细绳套时,拉力应适当大些,但不能超过测力计量程
E.橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
F.实验中两次拉细绳套须使结点达同一位置
G.把橡皮筋的另一端拉到O点时,两个测力计之间夹角应取90°,以便算出合力大小
【答案】ABDF
【解析】
【分析】
【详解】
A.为了读数准确,在进行实验之前,一定要对弹簧进行校对零点.故A符合题意.
B.为了减小实验中摩擦对测量结果的影响,拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板.故B符合题意.
C.为减小实验过程中的偶然误差,就要设法减小读数误差,两个分力的大小不一定要相等,绳子的长短对分力大小和方向亦无影响.故C不符合题意.
D.根据弹簧测力计的使用原则可知,在测力时不能超过弹簧测力计的量程,在不超量程的前提下拉力大些可以减小实验偶然误差.故D符合题意.
E.只要橡皮筋的另一端两次都接到O点,达到效果相同,拉力方向没有限制,橡皮筋不需要与两绳夹角的平分线在同一直线上.故E不符合题意.
F.在实验中必须确保橡皮筋拉到同一位置,即一力的作用效果与两个力作用效果相同.故F符合题意.
G.在实验中两个分力的夹角大小适当,在作图时有利于减小误差即可,并非一定要求为90°.故G不符合题意.
11.(4分)(2018·陕西省高考模拟)
(1)在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,则下列说法中正确的是__________.
A、同一次实验中,O点位置允许变动
B、实验中,橡皮条、细绳和弹簧秤应与木板保持平行
C、实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间的夹角必须取90°
D、实验中,要始终将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点
(2)如图所示,是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果,其中F是用作图法得到的合力,F’是通过实验测得的合力,则哪个实验结果是符合实验事实的_________?
(填“甲”或“乙”)
【答案】
(1)B
(2)甲
【解析】
【分析】
(1)明确实验原理和实验步骤,了解具体操作细节即可正确解答本题.
(2)注意通过平行四边形得到的合力与实验测得的之间存在误差,明确什么事实验测量值,什么是理论值即可正确解答.
【详解】
(1)为了使弹簧两次拉橡皮条的效果相同,要求在同一次实验中,O点位置不动,故A错误;测量力的实验要求尽量准确,为了减小摩擦对实验造成的影响,实验中,橡皮条、细绳和弹簧秤应与木板保持平行而且不能直接接触,故B正确;实验中对两弹簧之间的夹角没有具体要求,只要夹角适当,便于作图即可,故C错误;实验中弹簧弹力不能超过最大量程,大小适当即可,对其大小并没有具体要求,故D错误.故选B.
(2)实验测的弹力方向沿绳子方向,由于误差的存在,作图法得到的合力与实验值有一定的差别,故甲更符合实验事实.
12.(6分)(2019·四川省高考模拟)在进行“探究共点力合成的规律”的实验中,用如图(a)所示的两个力拉弹簧使之伸长至某一位置,并适当调整力的方向,使两力之间的夹角为90°。
(图中钩码规格相同)
(1)换用一根线牵引弹簧(图(b),使弹簧的伸长量与两个力作用时相同,此时需要挂___________个与图甲中相同规格的钩码。
(2)你对合力与分力遵循什么样的规律作出的猜想是___________。
(3)本实验采用的科学方法是___________。
A.理想实验B.等效替代C.控制变量D.物理模型
【答案】5力的合成装遵循矩形法则(或平行四边形)B
【解析】
【分析】
分力和合力遵循平行四边形定则,以及知道合力的作用效果与合力的作用效果是等效的.
【详解】
(1)设一个钩码的重力为G,图a中互成90°的两个力
,
,则合力为
,图b中为了保持拉力的作用效果相同,故要挂5个相同的钩码.
(2)根据3、4、5个钩码及夹角的关系,可知猜想出力的合成遵循平行四边形法则或三角形法则.
(3)该实验保证合力与几个分力共同作用的作用效果相同,运用了等效替代法;故选B.
【点睛】
验证力的平行四边形定则是力学中的重点实验,应明确实验的原理、数据处理方法及本实验采用的物理方法.
13.(6分)(2019·河南省高考模拟)小明同学做“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和OC为细绳。
图乙是OB细绳所连弹簧测力计的指针指示情况,图丙是小明根据实验在白纸上画出的图,但是擦去了部分辅助线.请你回答下列问题.
(1)图乙中弹簧测力计的读数为__________N;
(2)图丙中有F1、F2、F、
四个力,其中力__________(填上述字母)的大小不是由弹簧测力计直接读出的,你测量的结果是__________(结果保留两位有效数字).
【答案】4.20F4.3N(4.2~4.4)
【解析】
【详解】
(1)10小格表示1N,每格为0.1N,估读到下一位,故读数为4.20N;
(2)F在以F1与F2为邻边的平行四边形的对角线上,不是由弹簧测力计直接测出的,测量的结果是4.3N.
14.(6分)(2019·福建省高考模拟)某实验小组用一只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,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点处,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处,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,记下弹簧测力计的示数
;
③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力
________;
④比较_________即可初步验证;
⑤只改变绳套2的方向,重复上述试验步骤.
回答下列问题:
(1)将上述实验步骤补充完整;
(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向,同时绳套2由120°方向缓慢转动到180°方向,此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动,保持绳套1和绳套2的夹角120°不变,关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是________(填选项前的序号).
A.逐渐增大B.先增大后减小C.逐渐减小D.先减小后增大
【答案】
和
A
【解析】
【详解】
(1)[1][2]根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力
通绳套过比较
和
,在误差允许范围内相同,则可初步验证.
(2)[3]两个绳套在转动过程中,合力保持不变,根据平行四边形定则画出如答图所示的示意图.
根据示意图可知,绳套1的拉力大小逐渐增大,故A正确BCD错误。
15.(10分)(2019·安徽省高考模拟)以下是某实验小组探究“二力合成规律”的过程。
(l)首先进行如下操作:
①如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的长度为GE;
②如图乙,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。
小圆环在拉力F1、F2的共同作用下,位于O点,橡皮条伸长的长度为EO;
③撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使其位于0点,如图丙。
同学们发现,力F单独作用,与F1、F2共同作用的效果是一样的,都使小圆环保持静止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即____,所以F等于F1、F2的合力。
(2)然后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系:
①由纸上O点出发,用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自拉线的方向,三个力大小由弹簧测力计读出);
②用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,如图丁,得到的启示是____;
③多次改变拉力F1、F2的大小和方向,重做上述实验,通过画各力的图示,进一步检验所围成的图形。
实验小组发现:
在两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向,这个规律叫做____,
上述实验中,如果把图乙和图丙的操作顺序对调,即先用拉力
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