专题58 验证平行四边形定则实验(解析版)

2015—2020年六年高考物理分类解析专题58、验证平行四边形定则实验（1）（2018年11月浙江选考物理）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是（ ）（多选）在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些【参考答案】（1）AD【解题思路】（1）在“探究求合力的方法实验”操作中，在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行，选项A操作正确；每次拉橡皮筋时，需要将橡皮筋拉到同一点，选项B操作错误；不需要橡皮筋与两细绳套夹角的平分线在同一直线上，选项C操作错误；描点确定拉力方向时，两点之间距离应尽可能大一些，可以减小拉力方向的误差，选项D正确。2.（2018高考天津理综）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）。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 。橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上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参考答案】BCB【名师解析】①为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或

位置，选项A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉橡皮条时的效果相同即可，即O点的位置相同，不需要每次实验的O点位置都相同，选项B正确；使用测力计时，施力方向应该沿测力计的轴线，读数时，视线应该正对弹簧测力计的刻度，选项C正确；由于两个力的合力可以大于任意一个分力，也可以等于一个分力，还可以小于任意一个分力，所以用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力可以大于或等于只用一个测力计时的拉力，选项D错误。AD表示的实验中选取力的标度过大，导致画力的图示时，线段太短，不利于提高实验精确度；图：中力太小，不利于做平行四边形，不利于提高实验精确度；所以对于提高实验精度最有利的是图B.3.（6分）（2017全国III卷・22）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）的纸贴在水平桌面上，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） 用一只测力计将像皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点0,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 No（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像皮筋，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F=4.2N和F=5.6N。12（i）用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F、F的图示，然后按平12行四边形定则画出它们的合力F；合橡皮須A11II橡皮須A11II111II11111111|11ii1OkIlliIIII11II1IIIIIIII111IIF2'图（a）（ii）F的大小为 N，F与拉力F的夹角的正切值为 o合合若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。参考答案】（1）4.0 （2）4.0，0.05（参考下图a）

【名师解析】（1）由于测力计的最小刻度为0.2N,根据读数规则，F的大小为4.0N。⑵按平行四边形定则画出它们的合力仃’长度为20.0mm，其F合=4.0N。尸合与拉力F的夹角的正切值为tana=1为tana=120=0.05.4.（10分）（2016高考浙江理综物理）.某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图1所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm伸长1.00cm不变的条件下,（1）弹簧秤a.b间夹角为90°，弹簧秤a的读数 N（图2中所示），则弹簧秤b的读数可能为 N。（2） 若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数是 、弹簧秤b的读数 （填“变大”、“变小”或“不变”）。【参考答案】（1）3.00~3.02，3.09~4.1（有效数不作要求）（2）变大，变大【名师解析】（1）弹簧伸长1.00cm，其弹簧弹力为F=kx=500x0.01N=5N。弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是3.00N。根据力矢量合成的平行四边形定则，弹簧秤b的读数可能为4.00N。（2）若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，画出三力矢量三角形动态变化图，可知弹簧秤a的读数是变小、弹簧秤b的读数变小。5.（2015・山东理综）（10分）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：图甲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。如图甲所示，将环形橡皮筋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，将橡皮筋两端的位置标记为0］、02,记录弹簧秤的示数，F测量并记录0］、02间的距离（即橡皮筋的长度1）。每次将弹簧秤示数改变0.50N，测，出所对应的1，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.501（cm）1010.9712.0213.0013.9815.05找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为0、O'，橡皮筋的拉力记为F。。,。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到0点，将两笔尖的位置记为A、B,橡皮筋0A段的拉力记为F0A,0B段的拉力记为F0B。完成下列作图和填空：（1） 利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F—l图线，根据图线求得1= cm（2）测得0A=6.00cm，OB=7.60cm，则F0A的大小为 N。（3） 根据给出的标度，在答题卡上做出F0A和F0B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）画出F—1图线如图。10.00；

2)1.8；(3)做出FOA和FOB的合力F的图示如图;4)FOO'【解析】(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出F—l图线如图。由F—l图线在横轴上的截距可得l0=10.00cm。由F—1图线斜率可得橡皮筋的劲度系数k=50N/m.。测得OA=6.00cm,OB=7.60cm，则橡皮筋伸长为6.00cm+7.60cm-10.00cm=3.60cm,橡皮筋中的弹力F=k4=1.8N,FOA的大小为1.8N。利用平行四边形定则，根据给出的标度，做出FOA和FOB的合力F的图示如图。通过比较F与F。。,的大小和方向，即可得出实验结论。I.在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：用铅笔描下结点位置，记为O；记录两个弹簧测力计的示数F1和F2,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位O，记录测力计的示数F3, ；按照力的图示要求，作出拉力F］、F2、F3；根据力的平行四边形定则作出F］和F2的合力F；比较 的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。【参考答案】③沿此时细绳套的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。⑥F和F3【名师解析】：根据“验证力的平行四边形定则”实验操作步骤，只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位O,记录测力计的示数f3,沿此时细绳套的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线。高考模拟题1．（5分）（2020年4月温州选考适应性测试）（1）在“探究求合力的方法”的实验中已有实验器材：木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔，图甲所示的器材中还需要选取 （某实验室老师提供的橡皮筋和细绳套如图乙所示，在实验过程中需要记录的“结点”应该选择（选填“0点”或“0'点”）；关于此实验的操作，说法正确的 （多选）；b、c两细绳套应适当长一些实验过程中，弹簧测力计外壳不能与木板有接触重复实验再次探究时，“结点”的位置可以与前一次不同只有一把弹簧测力计也可以完成此实验【参考答案】（1）AC ①②O'点 ③ACD【命题意图】本题考查“探究求合力的方法”的实验及其相关知识点，考查的核心素养是“实验探究”。【解题思路】（1）在“探究求合力的方法”的实验中，还需要选取三角板（A）画平行四边形用，选取弹簧测力计（C）。某实验室老师提供的橡皮筋和细绳套如图乙所示，在实验过程中需要记录的“结点”应该选择O'点。关于此实验的操作，b、c两细绳套应适当长一些，可以使作出的力的图示方向更准确些，选项A说法正确；实验过程中，弹簧测力计应该与木板平行，外壳能与木板有接触，选项B说法错误；重复实验再次探究时，“结点”的位置可以与前一次不同，选项C说法正确；只有一把弹簧测力计时，可以用手代替弹簧测力计拉另一绳套，把结点拉到O'点，读出弹簧秤读数，标记出两个绳套的方向。然后手和弹簧测力计调换，沿标记出两个绳套的方向将结点拉到O'点，读出弹簧测力计的读数，即只有一把弹簧测力计也可以完成此实验平行四边形，选项D的说法正确。2．（6分）（2020北京高考模拟1）某同学用一弹簧测力计和一橡皮条做验证平行四边形定则的实验，装置如图所示。实验步骤如下：将贴有白纸的木板竖直固定，将橡皮条上端挂在木板上O点；将三根细线Pa、Pb、Pc结于P点.a端系在橡皮条下端，c端暂时空置，b端挂一钩码，钩码静止后，记录钩码重力G的大小和方向；以O为圆心，以OP为半径，画一圆弧； 图13用弹簧测力计钩住c端，向右上方缓慢拉，调整拉力方向，使结点P移到图中所示位置，记录该位置和弹簧测力计的示数；在白纸上作出各力的图示，验证平行四边形定则是否成立。（1） 第④步中还应记录的是 ；（2） 第⑤步中，若橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于 ，方向 ，则可验证平行四边形定则。【参考答案】（1）弹簧测力计拉力（细线Pc）的方向（2）G竖直向上【名师解析】（1）第④步中还应记录的是弹簧测力计拉力（即细线Pc）的方向，以便⑤中验证平行四边形定则。（2）第⑤步中，钩码的重力、橡皮条的拉力和弹簧测力计的拉力三力平衡，则橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于重力G,方向与重力方向相反，即竖直向上。（8分）（2020江苏高考仿真模拟3）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 No图（2） 下列不必要的实验要求 （请填写选项前对应的字母）。弹簧测力计应在使用前校零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改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置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，请提出合理的解决办法 、② （至少二条）。【参考答案】（1）3.60 （2分）；（2）BC（2分）；（3）见解析（每条2分，共4分）。【名师解题】（1）由题图知，弹簧测力计的分度值为0.1N,细绳BO对O点的拉力大小为读数为3.60N；（2） 测量前弹簧测力计调零才能测量准确，选项A正确；用二个弹簧测力计同时拉细绳时，弹簧测力计的示数之差适当大些即可，选项B错误；改变拉力进行多次实验，O点位置可以不同，选项C错误；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，选项D正确。（3） 实解决办法可以是：①选用弹性小的细绳；②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（只要提出的方法合理即可得分）。（2020江苏扬州期末）某兴趣小组通过实验验证力的平行四边形定则。O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点，实验测得F]=3.18N、F2=2.90N。（1）在操作过程中，下列说法正确的是 。必须测量F1和F2间的夹角弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行两弹簧测力计拉橡皮筋时，两个拉力方向一定要互相垂直拉橡皮筋的细绳要短些，标记同一细绳方向的两点要近些（2） 请用刻度尺上1cm的长度作为1N的标度，在右图中作出两个分力F1和F2的合力F合（保留作图痕迹），并求其大小为 N。

某同学发现表示F合勺线段并不过P3点，上述实验误差产生的原因可能 。(写出两个原合3因)实验中行与F2的夹角为0(0>90°)，保持F1的方向不变，增大0角，为保证O点不变，F2应该。(选填“变大”、该。(选填“变大”、“变小”或“不变”)参考答案】(1)B(2)作力的图示以及平行四边形 4.2；3)力的测量有误差；作图不准确4)变大【名师解析】(1)用作图法求合力，则不用测量F1和F2间的夹角，故A错误；弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行，故B正确；两弹簧测力计拉橡皮筋时，两个拉力的夹角适当大些，汪一定要互相垂直，故C错误；拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D错误。(2)力的图示如图：据图及标度可得(2)力的图示如图：据图及标度可得F=42N实验误差产生的原因可能是：力的测量有误差；作图不准确；对点o受力分析，受到两个弹簧的拉力和橡皮条的拉力，如图，F］、F2夹角大于90°，现保持O点位置不变，拉力F1方向不变，增大耳与F2的夹角，将F2缓慢转至水平方向的过程中，f2一直增大。【方法归纳】（1）在实验过程中，需要根据力的大小和方向做平行四边形，由此可知需要记录力的大小和方向，同时该实验采用了“等效替代”方法，要求两次拉橡皮筋时橡皮筋的伸长量大小和方向相同，对于两分力的夹角没有定性要求，只要便于减小误差即可。（2） 力的合成遵循平行四边形定则，做出合力，据长度确定力的大小。（3） 实验误差产生的原因可能是：力的测量有误差；作图不准确；（4） 要使结点位置不变，应保证两弹簧秤的拉力的合力大小、方向不变，故可以根据平行四边形定则作图分析得出结果。要解答本题应熟练掌握实验的目的及原理，尤其是理解“等效”含义，“等效”指橡皮筋的形变量和方向均相同，明确“理论值”与“实验值”的区别。（5分）（2020广东湛江质检）某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，并用图钉固定在木板上。固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的质量相等。调整钩码个数使系统达到平衡。（1）实验过程中必须要记录下列哪些数据 A．O点位置每组钩码的个数每个钩码的质量D．O