高中物理教科版必修一 验证力的平行四边形定则 突破训练 Word版含答案

验证力的平行四边形定则
1．小白同学用如图所示的装置验证“力的平行四边形定则”，其部分实验操作如下。请完成下列相关内容：
(1)在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O，如图甲所示。
(2)卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数。图乙中B弹簧测力计的读数为________N(弹簧测力计示数的单位为N)。
(3)小白在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请你在图丙中坐标纸上作出FA、FB的合力F′。
(4)已知钩码所受的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示。
(5)最后观察比较F和F′，若两者在误差允许范围内____________、____________，即可验证力的平行四边形定则。
解析：(2)题图乙中B弹簧测力计的读数为11.40 N。
(3)合力F′如图所示。
(5)本实验利用等效替代法及力的平行四边形定则得出F和F′，若两者在误差允许范围内大小相等、方向相同，即可验证力的平行四边形定则。
答案：(2)11.40　(3)见解析图　(5)大小相等　方向相同
2．某同学用钩码和弹簧测力计做“验证力的平行四边形定则”实验。
(1)请将实验内容补充完整：
A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，在另一端绑上两根系有细绳套的细线。
B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码(每个钩码质量均为50 g)，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录__________、结点O的位置和细线方向。
C．将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉B(可随时固定)支开，在另一细线上挂上弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中α、β可测定，当＝时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时弹簧测力计的示数应为________N(当地重力加速度g＝10 m/s2)。
(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
解析：(1)B.由实验原理可知本实验利用等效替代法来验证“力的平行四边形定则”，题图甲中钩码所受的重力即合力大小，细线方向即合力方向，所以应记录钩码的个数(细线上的拉力)、结点O的位置和细线方向。C.分析题图乙中结点的受力情况可得，水平方向有4mgcos α＝Fcos β，代入数据得弹簧测力计的示数应为F＝3mg＝1.5 N。
(2)由(1)知本实验采用的科学方法是等效替代法，B正确。
答案：(1)B.钩码的个数(细线上的拉力)　C．1.5　(2)B
3．某同学用如图所示的实验装置来验证“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点的位置和拉线的方向。
(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)下列不必要的实验要求是________。
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．拉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，请提出两个解决的方法：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据弹簧测力计的指针位置以及读数规则可知A的示数为3.6 N。
(2)实验中要验证的关系是A、B两个弹簧测力计的拉力的合力与M所受的重力等大反向，所以应测量重物M所受的重力；为减小测量误差，弹簧测力计应在使用前校零，拉线方向应与木板平面平行，A、B、C对；改变拉力进行多次实验，O点位置不同不影响实验结果，D错。
(3)为减小A的数值，有多种方法，如：使B拉力减小；减小M的重量；把A换成量程更大的弹簧测力计；改变B的拉力方向等。
答案：(1)3.6　(2)D　(3)使B拉力减小；减小M的重量；把A换成量程更大的弹簧测力计；改变B的拉力方向等(任选两个)
4.如图所示，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，可沿固定的板做圆弧形移动，B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的水平杆。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：(g取10 m/s2)
①测量细绳与水平杆的夹角∠AOB＝θ；
②对两个传感器进行调零；
③用另一根细绳在O点悬挂一个钩码，记录两传感器的读数；
④取下钩码，移动A传感器改变θ角。
重复上述实验步骤，所得数据如表所示。
F1/N
1.001
0.580
…
1.002
…
F2/N
－0.868
－0.291
…
0.865
…
θ
30°
60°
…
150°
…
(1)根据表格数据，A传感器对应的是力________(填“F1”或“F2”)，钩码质量为________kg(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．因为事先忘记调零
B．何时调零对实验结果没有影响
C．为了消除水平杆自身重力对实验结果的影响
D．可以完全消除实验的误差
解析：(1)A传感器中的力均为拉力，读数为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时mg＝F1sin θ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，解得m≈0.05 kg。
(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是为了消除水平杆自身重力对实验结果的影响，故C正确。
答案：(1)F1　0.05　(2)C