高考物理实验增分创新版能力练实验三验证力的平行四边形定则实验3a

1．(2016·浙江高考)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图甲所示，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不变的条件下，(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是________N(图乙中所示)，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________，弹簧秤b的读数________。(均填“变大”“变小”或“不变”)答案(1)3.00(3.00～3.02)4.00(3.90～4.10)(2)变大变大解析(1)弹簧秤的读数应注意估读，由题图乙可知弹簧秤a的读数为3.00N。由题意知弹簧OC的弹力大小FOC＝kx＝5N，即弹簧秤a、b的合力大小应当等于5N，因为它们之间的夹角为90°，当a的读数为3.00N时，b的读数理论值应为4.00N。(2)对O点受力分析，作力的矢量三角形如图所示，保证O点不动的前提下，弹簧OC的拉力为定值，在弹簧秤a、b夹角大于90°的前提条件下，若让弹簧秤b与OC夹角减小，由图可知弹簧秤a的拉力应该变大，b的拉力也变大。2．(2017·全国卷Ⅲ)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)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O。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________N。(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橡皮筋，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F1＝4.2N和F2＝5.6N。①用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；图(a)图(b)②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________。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。答案(1)4.0(2)①图见解析②4.00.05解析(1)由题给测力计示数可知，读数为4.0N。(2)作图，F2长度为28mm，F1长度为21mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20mm，大小代表4.0N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值。3.为了探索弹力和弹簧伸长量的关系，小明同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示图象。则：(1)图象不过坐标原点的原因是__________________________。(2)从图象上看，该同学没能完全按实验要求做，而使图象上端成曲线，图象上端弯曲的原因是_____________________________。(3)若将重为2N的物体分别挂在两弹簧的下端，则弹簧甲的伸长量为________m，弹簧乙的伸长量为________m。答案(1)弹簧不是轻质的，重力不能忽略(2)已超过弹簧的弹性限度(3)5×10－23×10－2解析(1)由题图看出，在不挂钩码的情况下两弹簧均有2×10－2m的伸长量，说明两弹簧均不是轻质的，在自身重力作用下就会有一定的伸长量。(2)由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧弹力的大小F与其伸长(或压缩)的长度x成正比，因此，题图中图象上端成曲线说明弹簧已经超出了弹性限度。(3)由图可知，当钩码重量为2N时，对应的纵坐标分别为5cm和3cm，所以弹簧甲的伸长量为5×10－2m，乙的伸长量为3×10－2m。4．(2017·河北武邑中学质检)某同学用如图所示的实验装置“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点的位置和细线的方向。(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)下列实验要求不必要的是________(填选项前对应的字母)。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．细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，请你提出两个解决办法。答案(1)3.6(2)D(3)①减小弹簧测力计B的拉力；②将重物M换为较轻的物体(或将弹簧测力计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)由题图知，弹簧测力计A的分度值为0.2N，读数为3.6N。(2)验证力的平行四边形定则，一定要正确记录合力与两个分力的大小与方向，多次实验应改变结点位置，D错；M所受的重力大小等于合力大小，A对；测量前弹簧测力计校零后才能测量准确，B对；细线方向与木板平行才能保证力在木板平面内，C对。(3)对O点受力分析如图所示，可见减小FOA可调节FOB的大小或方向，也可将重物换为较轻的物体等。5．(2015·山东高考)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：①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。②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O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变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时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′。④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O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在坐标纸上画出F­l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，在下图中作出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)见解析图丙10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)见解析图丁(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分布在直线的两侧。如图丙所示，由图线可知与横轴的交点l0＝10.0cm。(2)橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60cm，由图丙可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N。(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力F′，如图丁。(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论。6．(2016·山东昌乐检测)某课外科技活动小组学习了平行四边形定则后，利用DIS实验装置研究“力的合成与分解”，如图所示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：①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ；②对两个传感器进行调零；③用另一绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器读数；④取下钩码，移动传感器A改变θ角重复上述实验步骤，得到如下表格。F14.0042.320…4.008…F2－3.472－1.164…3.460…θ30°60°…150°…(1)根据表格，A传感器对应的表中力为________(填“F1”或“F2”)，钩码质量为________kg(结果保留一位有效数字)。(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．因为事先忘记了调零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)F10.2(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＝4.004N，可求得m≈0.2kg。(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。7．(2017·安徽舒城检测)在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时，小明同学用如图甲所示的实验装置进行实验：将该弹簧竖直悬挂，在自由端挂上砝码盘，通过改变盘中砝码的质量，用刻度尺测出弹簧对应的长度，测得实验数据如下：实验次数123456砝码质量m/g0306090120150弹簧的长度x/cm6.007.148.349.4810.6411.79(1)小明同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x­m图象如图乙所示，根据图象他得出结论：弹簧弹力与弹簧伸长量不是正比例关系，而是一次函数关系。他结论错误的原因是：_________________________________________________________。(2)作出的图线与坐标系纵轴有一截距，其物理意义是：________________，该弹簧的劲度系数k＝______N/m(取g＝10m/s2，结果保留三位有效数字)。(3)请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的质量相比，结果________。(填“偏大”“偏小”或“相同”)答案(1)x­m图象的纵坐标不是弹簧的伸长量(2)未加砝码时