2020年高考物理 必考17個實(shí)驗(yàn)精講精練 專題04 驗(yàn)證力的平行四邊形定則（含解析）

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1、驗(yàn)證力的平行四邊形定則 基礎(chǔ)知識 1. 力的平行四邊形定則：以已知兩個力矢量為鄰邊做平行四邊形，兩力所夾的對角線表示合力的大小和方向。 2.用兩個彈簧秤拉一彈簧（或橡皮筋）到某一位置，記下該位置及兩彈簧秤的力的方向和大小。 3. 用一個彈簧秤拉同一彈簧（或橡皮筋）到同一位置，記下該彈簧秤的力F的方向和大小。 4. 以2.中兩個力矢量為鄰邊做平行四邊形，兩力所夾的對角線表示F’的大小和方向。 5.比較F和F’的大小和方向是否在誤差范圍內(nèi)一致。如在誤差范圍內(nèi)一致，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 例題與習(xí)題 1.某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，所有器材有：方木

2、板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計(jì)兩個，橡皮條（帶兩個較長的細(xì)繩套），刻度尺，圖釘（若干個）。 ①具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的是______。 A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同 C．使用測力計(jì)時，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度 D．用兩個測力計(jì)互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計(jì)時的拉力 ②該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O，力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利

3、的是_____。 【答案】①BC ②B 【解析】因?yàn)锳D三個點(diǎn)離得太近，畫力的方向誤差大。 2.某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm）的紙貼在桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)（位于圖示部分除外），另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時，橡皮筋處于原長。 （1）用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時拉力F的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為 N。 （2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個測力計(jì)同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)，此時觀察

4、到兩個拉力分別沿圖（a）中兩條虛線所示的方向，由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1=4.2 N和F2=5.6 N。 （i）用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn)，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平形四邊形定則畫出它們的合力F合； （ii）F合的大小為 N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為 。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 【答案】 （1）4.0 （2） （Ⅰ）F1、F2和F合如圖所示 （Ⅱ）4.0 0.05 【解析】從圖可以看出，F(xiàn)合的長度是2.

5、0cm，因?yàn)橛? mm長度的線段表示1 N的力，所以F合=4.0N. 3.某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)步驟： ①將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。 ②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離（即橡皮筋的長度l）。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示： F(N) 0 0.50 1.00 1.05 2.00 2.50 l (cm) l0 10.97

6、 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F=2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新記為、，橡皮筋的拉力記為。 ④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn)，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。 完成下列作圖和填空： （1）利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上（見答題卡）畫出F—l圖線，根據(jù)圖線求得l0=_____cm。 （2）測得OA=6.00cm，OB=7.60cm，則FOA的大小為________N。 （3）根據(jù)給出的標(biāo)度，在答題卡上作出

7、FOA和FOB的合力的圖示。 （4）通過比較與________的大小和方向，即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 【答案】（1）如圖甲所示 圖甲 圖乙 10.00；（9.8、9.9、10.1均正確） （2）1.80；（1.70-1.90均正確） （3）如圖乙所示 （4）FOO’ 【解析】l0表示橡皮筋的原長，即圖甲中F=0對應(yīng)的l的讀數(shù)10.00cm。 圖甲中圖線的斜率表示橡皮筋的勁度系數(shù)，k=,則FOA的大小為（因?yàn)檎麄€橡皮筋的長度為6.00+7.60cm）?；蛘邚膱D甲讀出當(dāng)l=13.6cm時F=1.80N.

8、4.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn)，兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計(jì)分別拉住兩個細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置，如圖所示。請將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整： ①用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置，記為O； ②記錄兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩的方向用鉛筆分別描出幾個點(diǎn)，用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線； ③只用一個彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位O，記錄測力計(jì)的示數(shù)F3，

9、 ； ④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； ⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； ⑥比較 的一致程度，若有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 【答案】 ③沿此時細(xì)繩（套）的方向用鉛筆描出幾個點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線 ⑥F和F3 【解析】③是畫出力的方向⑥F是根據(jù)力的平行四邊形定則作出的F1和F2的合力，F(xiàn)3是用彈簧秤測得的合力，所以比較F和F3的一致程度，若無較大差異，則驗(yàn)證了平行四邊形定則。 5..在“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中，橡皮條的一端固定在木板上，第一次用兩個彈簧測力計(jì)通過拉線把

10、橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到某一位置點(diǎn)。以下的操作有___ _。 A．當(dāng)?shù)诙斡靡粋€彈簧測力計(jì)拉橡皮條時，結(jié)點(diǎn)可以不拉到點(diǎn) B．實(shí)驗(yàn)中，彈簧測力計(jì)必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計(jì)刻度 C．第一次拉時，先將其中一個彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，然后握緊這個彈簧測力計(jì)不動，調(diào)節(jié)另一彈簧測力計(jì)，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到點(diǎn) D．第一次把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到點(diǎn)時，兩彈簧測力計(jì)之間的夾角應(yīng)取，以便于計(jì)算出合力的大小 【答案】A、C、D 【解析】A.當(dāng)?shù)诙斡靡粋€彈簧測力計(jì)拉橡皮條時，結(jié)點(diǎn)必須拉到點(diǎn)，這樣，第一次拉的一個力才是第二次拉的兩個力的合力（作用效果相同），所以A錯誤； 按B這樣做，讀數(shù)才準(zhǔn)確，B正確； C．不要求最大量程，并且要求同時拉，c錯誤； D．不一定要900.如果一定是900，實(shí)驗(yàn)就沒有普遍性。 6