人教版高一物理必修一第三章《相互作用》实验2：验证力的平行四边形定则（基础+提升） Word版含答案

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验证力的平行四边形定则
（基础+提升）
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【好题精选】
1．（2020·河南省实验中学高三月考）在“探究求合力的方法”实验中，欧阳同学用两把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到点O后，作出了这两个拉力F1、F2的图示，如图甲所示。改用一把弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到同一点O，此时弹簧测力计的示数F如图乙所示。
(1)图乙中，弹簧秤的示数F大小为______N；
(2)在图甲中通过作出弹簧秤拉力F的图示______。
(3)用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，观察图形，可以发现的规律是_______________。
2．（2018·江苏泰州一模）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB与OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．
(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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；
E．只用一个弹簧测力计，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：有重要遗漏的内容分别是__________和_____________．
3．（2020·河南原阳一中高一开学考试）某同学用如图所示的装置探究求合力的方法．将一木板(图中未画出)竖直放置与铁架台和轻弹簧所在平面平行．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：
(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；
(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，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________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；
(3)该同学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，请在图丙中作出FA、FB的合力F′
_____________；
(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，得出结论：__________.
4．（2020·河南南阳中学高三月考）(1)有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．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4
B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4
C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4
D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
②在作图时，你认为图7中________(选填“甲”或“乙”)是正确的.
(2)在“探究求合力的方法”的实验中，橡皮条的一端固定在P点，另一端跟两根细线套相连，用A、B两个弹簧秤通过两根细线套拉橡皮条的结点到达位置O点，如图所示．A，B两个弹簧秤拉细线套的方向跟PO延长线成α和β角，且α+β=90°，当α角由图示位置减小时，欲使结点O的位置和弹簧秤A的示数不变，则可行的办法是（____）
A．使弹簧秤B的示数变大，同时使β角变小
B．使弹簧秤B的示数变大，同时使β角变大
C．使弹簧秤B的示数变小，同时使β角变小
D．使弹簧秤B的示数变小，同时使β角变大
5．（2018·河南安阳一中高一月考）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，得到表格.
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________(选填“F1”或“F2”)，钩码质量为_______kg(保留一位有效数字)．
(2)当θ=90°时，两个压力传感器的读数分别为F1=________，F2=__________
(3)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
试卷第1页，总3页
试卷第1页，总3页
【参考答案】
1．2.05
见解析
在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F
【解析】
(1)[1]由图可知，弹簧秤的最小分度为0.1N；则弹簧秤的示数F大小为2.05N；
(2)[2]运用图示法作出弹簧秤拉力F的图示，如图所示；
(3)[3]用虚线把力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，观察图形，可以发现的规律是：在实验误差允许范围内以分力F1、F2为邻边作平行四边形其对角线等于合力F。
2．(1)F′
(2)B
(3)C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）F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一个弹簧称沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一个弹簧称的拉力与两个弹簧称的拉力效果相同，测量出的合力．故方向一定沿AO方向的是F′；
（2）本实验采用的科学方法是等效替代法，故选B．
（3）步骤C中应加上“记下两条细绳的方向”．步骤E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”．
3．方向；
11.40；
见解析
在实验误差允许范围内F和相等；
【解析】（2）根据验证平行四边形定则的实验原理要记录细绳套AO、BO的方向和拉力大小，拉力大小由弹簧秤读出，分度值为0.1N，估读一位：11.40N；
（3）作图如下：
（4）若已知钩码的重力大小与理论合力F′的大小相等，请观察比较可得出二力合成点的规律是：在误差允许的范围内，二力合成满足平行四边形定则。
4．BCD
甲
C
【解析】（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中以钩码的个数表示力的大小，只能两分力沿直线时才能构成三角形，不符合实验方法，故A错误；B中以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等腰三角形，故B正确；C中以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等边三角形，故C正确；D中以钩码的个数表示力的大小，三力为边构成直角三角形，故D正确；
故选BCD．
（2）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．
（3）由题意可知：保持O点位置不动，即合力大小方向不变，弹簧测力计A的读数不变，
因此根据要求作出力的平行四边形定则，画出受力分析图如下：
所以由图可知α角逐渐变小时，B的示数减小，同时β角减小，故ABD错误，C正确．故选C．
5．
0.05;
0.5N
0
C
【解析】（1）由表格数据可知，F1都是正值，传感器受到的都是拉力，因绳子只能提供拉力，故A传感器对应的是表中力F1．对结点O受力分析有：，解得：m=0.05kg；
（2）当θ=90°时，A处于竖直状态，A的拉力等于物体的重力即为：F1=0.5N，F2=0N；
（3）本实验中多次对传感器进行调零，为了消除横杆自身重力对结果的影响，故选C．
【知识链接】
验证力的平行四边形定则
【实验目的】
1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．
2．培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力．
【实验原理】
（1）等效法：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示．
（2）平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示．
（3）验证：比较F和F′的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则．
【实验器材】
方木板一块、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（几个）、细芯铅笔．
【实验过程】
1．在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上．
2．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，细绳的另一端系上细绳套．
3．用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图所示．
4．用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数．
5．用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线，按一定的标度作出两个力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点的平行四边形的对角线即为合力F．
6．只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F′的图示．
7．比较F′与用平行四边形定则求出的合力
F的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．
8．改变F1和F2的大小和方向，再做两次实验．
【注意事项】
1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止．
2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O的位置一定要相同．
3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．
4．读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦．
5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．
6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
【误差分析】
1．误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．
2．减小误差的办法：
（1）实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．
（2）作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行．
答案第1页，总2页