2019版物理新教材人教版必修一同步练习:实验验证力的平行四边形定则(word解析版)
1.某同学利用如图1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,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3,回答下列问题:
(1)改变钩码个数,实验能完成的是: __________
A.钩码个数N1=N2=2N3=4
B.钩码个数N1=N3=3N2=4
C.钩码个数N1=N2=N3=4
D.钩码个数N1=3N2=4N3=5
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是______________
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时,你认为图2中________是正确的.(填“甲”或“乙”)
2.某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则,设计的实验装置如图。固定在竖直木板上的量角器直边水平,橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点,另一端系绳套1和绳套2。
(1)实验步骤如下:
①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达O点,记下弹簧测力计的示数F
②弹簧测力计挂在绳套1上,手拉着绳套2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点达到O点,此时绳套1沿0°方向,绳套2沿120°方向,此时弹簧测力计的示数为F1;
③根据力的平行四边形定则计算绳套1和细绳套2的合力F’=_______________;
④比较______________,即可初步验证力的平行四边形定则。
(2)将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向,同时绳套2沿120°方向缓慢的转动到180°,此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动,且保证两绳套间的夹角为120°不变。关于绳套1的拉力大小的变化,下列结论正确的是____________。
A.逐渐增大 B.先增大后减小 C.逐渐减小 D.先减小后增大
3.“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.
(1)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是____.
(2)在实验中,如果将细绳也换成橡皮筋,那么实验结果是否会发生变化?答:______(选填“变”或“不变”).
(3)本实验采用的科学方法是____.
A.理想实验法 B.等效替代 C.控制变量法 D.建立物理模型法
4.在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳.实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条.
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的________(填字母代号).
①将橡皮条拉伸相同长度即可 ②将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
③将弹簧秤都拉伸到相同刻度 ④将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
A.②④ B.①③ C.①④ D.②③
(2)同学们在操作中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是______(填字母代号).
①两细绳必须等长 ②弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
③用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大
④拉橡皮条的细绳要适当长些,标记同一细绳方向的两点要稍远些
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
5.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如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,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,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:
③找出②中F=2.50 N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在弹簧测力计挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在弹簧测力计挂钩上,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,使弹簧测力计挂钩的下端达到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,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。
6.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,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC,回答下列问题:
(1)改变钩码个数,实验能完成的是(____)
A.钩码个数N1=N2=2,N3=4
B.钩码个数N1=N3=3,N2=4
C.钩码个数N1=N2=N3=4
D.钩码个数N1=3,N2=4,N3=5
(2)在拆下钩码和绳子前,需要记录的是(____)
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
E.记录各条绳上所挂钩码的个数
(3)在作图时,你认为下图中____是正确的(填“甲”或“乙”)
7.某物理兴趣小组做“验证力的平行四边形定则”实验
(1)图甲是实验装置,将橡皮条一端固定在长木板上,另一端与两根细绳相连,两细绳的另一端分别有一个绳套,实验时,先用两个弹簧测力计平行于木板拉绳套,将橡皮条与细绳的结点拉到O点,其中拉OC细绳的弹簧测力计指针位置如图甲所示,其读数为_____ N;
(2)关于实验中的一些操作,下列说法正确的是______.
A.实验时,应将木板竖直放置
B.测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中,橡皮条与细绳结点的位置不能变化
C.橡皮条弹性要好,拉结点到达某一位置O时,拉力要适当大些
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要近些
(3)在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,用M、N两个弹簧测力计拉橡皮条使其结点位于O处,此时ɑ+β=90o,如图丙所示,然后保持弹簧测力计N的方向不变,当ɑ角由图中所示的值减小时,要使结点仍在O处,则两弹簧测力计的读数中______.
A.M的读数增大,N的读数减小
B.M的读数减小,N的读数减小
C.M的读数先增大后减小,N的读数一直减小
D.M的读数一直减小,N的读数先增大后减小
8.做“探究求合力的方法”实验
(1)实验桌上已有的器材如图1所示,为完成该实验还需要的器材是________。
A.一根橡皮筋 B.两个钩码 C.三角板一套 D.天平
(2)在同学们做实验的过程中,教师拍摄不同学生操作时的照片如图2所示,则操作正确的是_________
(3)规范操作后,请读出图3中弹簧秤的读数为__________________N。
9.在做“验证力的平行四边形定则的实验”中,在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在点上,另一端连接两根细线,然后通过细线用两个互成角度的弹簧秤来拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一点,记录下两个弹簧秤及两根细线的方向,此时两个弹簧秤的拉力分别记为和;然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到点后再记录下弹簧秤及细线的方向,此时弹簧秤的拉力记为。
⑴ 实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确______(填字母代号)
A.将橡皮条拉伸相同长度即可
B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度
D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
⑵ 同学们在操作过程中有如下讨论,其中对减小实验误差有益的说法是______(填字母代号)
A.两细绳必须等长
B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧之差应尽可能大
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些
⑶ 如图所示,是某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图,图中的小圆点分别用来记录的是点的位置以及每次细线的方向。请你选则合适标度,在方框中用力的图示法,作图完成该同学未完成的实验数据处理____________。
10.图甲为用等效替代法“验证力的平行四边形定则”的实验装置图.
(1)本实验中“等效替代”的含义是(_____)
A.橡皮筋可以用细绳替代
B.左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果
C.右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果
D.两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代
(2)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图甲中C的示数为__________N.
(3)如图乙所示,是某同学根据实验数据按照一定的标度(标度未画出)画出的力的图示.F1、F2、F、F′ 中不是由弹簧测力计测得的力是__________(填字母).
参考答案
1.(1)BC (2) A (3)甲
【解析】
【分析】
两头挂有钩码的细绳跨过两光滑的固定滑轮,另挂有钩码的细绳系于O点(如图所示),由于钩码均相同,则钩码个数就代表力的大小,所以O点受三个力处于平衡状态,由平行四边形定则可知:三角形的三个边表示三个力的大小,根据该规律判断哪组实验能够成功;为验证平行四边形,必须作图,所以要强调三力平衡的交点、力的大小(钩码的个数)与力的方向;明确“实际值”和“理论值”的区别即可正确解答;
【详解】
解: (1)对O点受力分析如图所示,OA、OB、OC分别表示FTOA、FTOB、FTOC的大小,由于三个共点力处于平衡,所以FTOA、FTOB的合力大小等于FTOC,且,即,故B、C、D能完成实验;
故选BCD。
(2)为探究求合力的方法,必须作受力图,所以先明确受力点,即标记结点O的位置,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示,因此要做好记录,应从力的三要素角度出发,要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向,故A正确,B、C、D错误;
故选A。
(3)以O点为研究对象,F3的实际作用效果在OC这条线上,由于误差的存在,F1、F2的合力的理论值与实际值有一定偏差,故甲图符合实际,乙图不符合实际;
2. 比较F与F’在误差允许的范围内相同 A
【解析】
【详解】
(1)③[1].根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力为:
即为:
F′=F1;
④[2].比较F和F′在误差允许的范围内相同,即可初步验证力的平行四边形器定则;
(2)[3].两个绳套在转动过程中,合力保持不变,根据平行四边形定则画出图象,如图所示:
根据图象可知,绳套1的拉力大小逐渐增大,故A正确,BCD错误。
3. 不变 B
【解析】
【详解】
(1).[1].由图可知,F是由平行四边形定则得出的,由于会存在误差,故F不一定与AO同向;而F′是通过实验得出的,即F′一定与AO的拉力大小相等方向相反,即F′一定沿AO方向;
(2)[3].在实验中细线是否伸缩对实验结果没有影响,故换成橡皮筋可以同样完成实验,故实验结果不变.
(3)[3].实验中两次要求效果相同,故实验采用了等效替代的方法.故ACD错误,B正确.
4.A; D
【解析】
【详解】
(1)[1]本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则,即研究合力与分力的关系.根据合力与分力是等效的,本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同,故①错误,②正确;在白纸上标下第一次橡皮条和绳的结点的位置,第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,表明两次效果相同,即两个拉力和一个拉力等效,而弹簧秤不必拉到相同刻度.故③错误,④正确.
A.②④正确,与分析相符,故A项正确;
B.①③正确,与分析不符,故B项错误;
C.①④正确,与分析不符,故C项错误;
D.②③正确,与分析不符,故D项错误。
(2)[2]通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时,为了更加准确的记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,并非要求两细绳等长,故①错误,④正确;测量力的实验要求尽量准确,操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行,这样所有力在一平面内且与板面间无摩擦,故②正确;用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差不一定要尽可能大,故③错误.
A.①③正确,与分析不符,故A项错误;
B.②③正确,与分析不符,故B项错误;
C.①④正确,与分析不符,故C项错误;
D.②④正确,与分析相符,故D项正确。
5. 10.0(9.8、9.9、10.1均正确) 1.80(1.70~1.90均正确) FOO'
【解析】
【详解】
(1)[1][2].作出F-l图线,由F=k(l-l0)可得,直线与横轴的截距即为l0,由图可知,l0=10.0 cm。
(2)[3].由题干表格可知,F=1.50 N时,l=13.00 cm,则橡皮筋的劲度系数
k==50 N/m;
若OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则橡皮筋拉力
FOA=k·ΔL'=50×(6.00+7.60-10.00)×10-2 N=1.80 N。
(3)[4].如图:
(4)[5].由图可知F'为作图法所得到的合力,FOO'等于真实合力,比较F'与FOO'可知,F'与FOO'不完全重合,存在一定误差,但在误差允许范围内,可得出实验结论。
6.BCD AE 甲
【解析】
【详解】
(1)[1]对O点受力分析,OA、OB、OC分别表示三个力的大小,由于三共点力处于平衡,所以OC等于OD.因此三个力的大小构成一个三角形.
A.2、2、4不可以构成三角形,则结点不能处于平衡状态,故A错误;
B.3、3、4可以构成三角形,则结点能处于平衡.故B正确;
C.4、4、4可以构成三角形,则结点能处于平衡.故C正确;
D.3、4、5可以构成三角形,则结点能处于平衡.故D正确。
(2)[2]为验证平行四边形定则,必须作受力图,所以先明确受力点,即标记结点O的位置,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示,因此要做好记录,是从力的三要素角度出发,要记录砝码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向和记录各条绳上所挂钩码的个数,故AE正确,BCD错误。
(3)[3]以O点为研究对象,F3的是实际作用效果在OC这条线上,由于误差的存在,F1、F2的理论值要与实际值有一定偏差,故甲图符合实际,乙图不符合实际.
7.2.60 BC A
【解析】
【详解】
(1)[1].弹簧秤的最小刻度为0.1N,由图可知,弹簧秤的读数为2.60N,
(2)[2].A.本实验没有必要非得在竖直面上做,所以木板没必要竖直放置,故A错误
B.由于本实验利用”等效替代“法,所以每次都要使结点到在同一位置,故B正确
C.为使弹簧秤的读数减小误差,拉力要适当大些,故C正确
D.为了在记录拉力方向时减小误差,拉橡皮条的细绳要长些,细绳方向的两点要适当远些,
故D错误;
(3)[3].要保证结点不动,应保证合力不变,则由平行四边形定则可知,合力不变,则M的拉力应增大,N的读数减小,故A正确,BCD错误
8.C D 1.70
【解析】
【详解】
(1)[1]我们需要的实验器材有:方木板(固定白纸),白纸(记录方向画图)、刻度尺(选标度)、绳套(弹簧秤拉橡皮条)、弹簧测力计(测力的大小)、图钉(固定白纸)、三角板(画平行四边形),橡皮条(让力产生相同的作用效果的),所以还需三角板一套。故C正确 ABD错误。
(2)[2]A.实验开始前,弹簧秤的读数应为0。故A错误
BCD.在进行具体实验操作时,为了减小误差,弹簧测力计的轴线要与细绳套在同一直线上,否则弹簧弹力与细绳拉力大小不相等,会产生大的误差。故BC错误,D正确
(3)[3]弹簧秤的最小宽度为0.1N,该读数为1.70N
9.BD BD
【解析】
【详解】
(1)[1]AB.本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则,即研究合力与分力的关系.根据合力与分力是等效的,本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同.故A错误,B正确.CD.在白纸上标下第一次橡皮条和绳的结点的位置,第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,表明两次效果相同,即两个拉力和一个拉力等效,而弹簧称不必拉到相同刻度.故C错误,D正确.(2)[2]A.通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时,只需记下两细绳的方向和弹簧秤示数即可,不必要求两细绳等长.故A错误.B.测量力的实验要求尽量准确,为了减小实验中因摩擦造成的误差,操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行.故B正确.C.用弹簧秤同时拉细绳时,拉力不能太大,也不能太小,故两弹簧秤示数之差没有必要相差太大.故C错误.D.为了更加准确的记录力的方向,拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些.故D正确.
(3)[3] 如图所示,选1cm表示1N,则以F1、F2为邻边作平行四边形,得出合力F.
10.D 3.0
【解析】
【详解】
(1)“等效替代”,即用两个弹簧测力计拉橡皮筋的效果和用一个弹簧测力计拉橡皮筋的效果是相同的,即要求橡皮筋的形变量及指向都相同,故A、B、C错误,D正确.
(2)弹簧测力计读数,每1N被分成5格,则1格就等于0.2N.图指针落在3N处,所以3.0N.
(3)由于误差的存在,通过平行四边形定则得出的合力值与由弹簧测力计直接测得的合力并不完全相等,通过平行四边形得出的合力在对角线上,用一个弹簧测力计直接测量出的合力沿细绳方向,沿AO方向,故是由弹簧测力计直接测得的, 是通过平行四边形定则得出的合力,所以不是由弹簧测力计测得的力是。