物理大一轮复习试题：第二章实验3验证力的平行4边形定则

实验三验证力的平行四边形定则一、基本原理与操作原理装置图操作要领互成角度的两个力与一个力产生相同的效果等效：同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变拉力：沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行)，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力F1、F2的夹角不要太大或太小记录：记下每次各力的大小和方向，标记方向的两点尽量远些作图：选定比例要相同，严格按力的图示要求作平行四边形求合力二、数据处理与分析1.画出F1、F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。2.画出拉力F′的图示。3.比较F与F′是否完全重合(或几乎完全重合)，从而验证平行四边形定则。三、注意事项1.用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置)。2.用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)。3.“一注意”(同一次实验中结点O的位置必须在同一位置)。4.绳夹角、拉力适中，细绳适当长些，标记方向的两点尽量远些，力的图示稍大一些。四、误差来源1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差、作图误差等。类型一教材原型实验【例1】某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验如图1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图。图1(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO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(3)实验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D.按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E.只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F.比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中，①有重要遗漏的步骤的序号是________和________；②遗漏的内容分别是________________________________________________和_________________________________________________________________。答案(1)F′(2)B(3)①CE②C中应加上“记下两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”解析(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而用两个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力，根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故选项B正确。(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E。②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明把橡皮条的结点拉到同一位置O。【例2】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮筋的一端固定点在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套。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筋。用两个弹簧测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点。(1)小明在实验过程中认为必须注意以下几项，其中正确的是________。A.同一次实验过程中，O点位置允许变动B.实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度C.实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需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D.实验中，橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上(2)如图2所示为某同学完成验证平行四边形定则实验后留下的白纸，根据图中数据，F′的大小是________N。图2(3)观察图象发现，理论的合力F′与一个弹簧测力计拉动时的拉力F差异较大，经验证F测量无误，则造成这一现象可能的原因是________。A.用手压住结点后拉弹簧测力计并读数B.用两个弹簧测力计拉动时两弹簧测力计不成90°C.两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差D.拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落，装上后继续实验答案(1)B(2)1.8(3)AC解析(1)同一次实验过程中，O点位置不能动，A错误；实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，B正确；实验中，先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，这样做弹簧测力计很容易超过量程，C错误；实验中，橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上，这样做出的结果不具有一般性，D错误。(2)根据图中标尺可知F′的大小是1.8N。(3)观察图象发现，理论的合力F′与一个弹簧测力计拉动时的拉力F差异较大，经验证F测量无误，则造成这一现象可能的原因是：用手压住结点后拉弹簧测力计并读数，两个弹簧测力计首次拉动时结点位置的记录有较大偏差，A、C正确；两弹簧测力计不成90°不会对实验结果造成影响；拉动过程中绳套从弹簧测力计上脱落，装上后继续实验，不影响实验，B、D错误。类型二实验拓展创新【例3】(2021·八省联考河北卷)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调)两个，钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可升降，如图3所示。实验步骤如下：(1)仪器调零。如图3，将已测量好的劲度系数k为5.00N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针。(2)搭建的实验装置示意图如图4。钩码组mA＝40g，钩码组mB＝30g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得α＝36.9°，β＝53.1°，由图5可读出游标卡尺示数为________cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝________N。当地重力加速度g为9.80m/s2。(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图6中作出，用平行四边形定则作出合力F′。图6(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果________(填写“有”或“无”)影响。答案(2)9.780.489(3)见解析图(4)无解析(2)游标卡尺精确度为eq\f(1mm),\s\do5(10))＝0.1mm，读数为97mm＋8×0.1mm＝97.8mm＝9.78cm则弹簧拉力的增加量为ΔF＝kΔx＝5.00×9.78×10－2N＝0.489N。(3)根据题意可知OA绳产生的拉力为FOA＝mAg＝40×10－3×9.8N＝0.392N，OB绳产生的拉力为FOB＝mBg＝30×10－3×9.8N＝0.294N，合力F′如图所示。(4)在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响。❶实验器材的创新：用弹簧代替橡皮条；用游标卡尺代替刻度尺测量弹簧的伸长量；用钩码代替弹簧测力计得两分力大小。❷实验原理的创新：实验中不是直接测量弹簧所受的拉力而是计算出弹簧弹力的变化量，应用ΔF＝kΔx进行分析。1.(2021·辽宁抚顺模拟)如图7所示，某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳，可沿固定的竖直平板做圆弧形移动。B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作：图7①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ②对两个传感器进行调零③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两传感器的读数④取下钩码，移动传感器A改变θ角重复上述实验步骤，得到下列表格。F1/N1.0010.580…1.002…F2/N－0.868－0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根据表格数据，A传感器对应的是力________(选填“F1”或“F2”)，钩码质量为________kg(保留1位有效数字)。(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是________。A.因为事先忘记调零B.何时调零对实验结果没有影响C.为了消除横杆自身重力对结果的影响D.可以完全消除实验的误差答案(1)F10.05(2)C解析(1)A传感器中的力均为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sinθ，当θ＝30°时，F1＝1.001N，可求得m≈0.05kg。(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确。2.某同学通过下述实验探究两个互成角度力的合成规律。实验步骤：①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。②如图8甲所示，将环形橡皮条一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮条两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮条的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N时橡皮条两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮条的拉力记为FOO′。④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮条搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮条的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮条OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。图8完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm。(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N。(3)根据给出的标度，在图丁中作出FOA和FOB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)如图甲所示10.00(9.90～10.10均可)(2)1.80(1.70～1.90均可)(3)如图乙所示(4)FOO′解析(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀