2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（三）实验：验证力的平行四边形定则

2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（三）

实验：验证力的平行四边形定则

1.某同学做“探究求合力的方法”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，和为细绳。请回答下列问题。

（1）实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是_____________；采用的科学方法是___________。

（2）图乙是测量中某一弹簧测力计的示数，该力大小为________N。

（3）下列措施中能减小实验误差的是_______。

A.两条细绳必须无弹性且材质相同

B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行

C.拉橡皮条的细绳要稍短些，标记同一条细绳的方向时两标记点间距要与细绳长度一致

D.实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上，向相反方向拉动，检查示数是否相同，若不同，则进行调节使之相同

2.“探究力的平行四边形定则”的实验装置如图甲。先将橡皮条的一端固定在水平木板上A点，另一端系上带有线套的两根细线。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细线用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细线拉橡皮条。

（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___________。

A.将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条沿相同方向拉伸即可

C.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 D.将橡皮条和线的结点拉到相同位置

（2）图乙中的F与两力中，方向一定沿着方向的力是______，合力的理论值是__________。

（3）完成该实验的下列措施中说法正确的是__________。

A.两细线必须等长，这样方便操作，测量结果会更准确

B.两细线要长些，标记同一细线方向的两点要适当远些

C.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细线应贴近木板且与木板面平行

D.和的夹角越大越好，以便观察，误差会更小

3.（1）图为“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置示意图，橡皮条的一端固定在木板上A位置，另一端系有轻质小圆环；轻质细绳和一端系在小圆环上，另一端分别系在弹簧测力计的挂钩上。现用弹簧测力计通过细绳拉动小圆环，使橡皮条沿平行木板平面伸长至某位置。对于上述实验过程，下列说法中正确的是__________。

A.只需要记录弹簧测力计的示数

B.和绳拉力的方向应与木板平面平行

C.只需要记录和绳的长度和弹簧测力计拉力方向

D.需要记录两个弹簧测力计的示数和拉力方向

（2）该实验中某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力和，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，、与F的夹角分别为和，下列说法正确的是__________。

A. B. C. D.

4.在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮条的一端固定于A点。

（1）用两只弹簧测力计将橡皮条的另一端拉至O点，其中一只弹簧测力计的示数如图所示，则其示数为________N。

（2）在分别读出两只弹簧测力计的示数和后，还必须记录的是__________。

A.两细绳套的夹角 B.两条细绳套的方向 C.橡皮条伸长后的总长度 D.细绳套的长度

（3）改用一只弹簧测力计将橡皮条的另一端再次拉到O点，记下弹簧测力计读数及细绳套的方向。用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示和的线段为邻边作平行四边形，并作出和之间的对角线F，发现对角线F与不重合，实验误差产生的原因可能有哪些？（写出一个原因即可）_________。

（4）关于本实验，下列说法中正确的是___________。

A.弹簧测力计不需要在实验前进行校零 B.弹簧测力计的读数越大越好

C.拉两个细绳套时，两拉力夹角应为90度 D.拉细绳套时，拉力应与木板平行

5.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。将弹簧测力计B的一端用细线系于与A相连的细线上的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）本实验所用弹簧测力计的单位为N，图中A的示数为_________N。

（2）下列能减小实验误差的措施是（   ）。（请填写选项前对应的字母）

A.让重物M的质量适当大一些

B.弹簧测力计应在使用前校零

C.弹簧测力计B所拉的细绳套应尽可能保持水平

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的指针稍稍超出刻度的最大值，请你提出两个解决办法。

方法一：_______________；

方法二：___________________。

6.“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，和为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。

（1）图乙中的F与两力中，方向一定沿方向的是_________。

（2）对于该实验，下列说法正确的是____________。

A.两细绳必须等长

B.若将细绳换成橡皮筋，对实验结果有影响

C.记录弹簧测力计拉力的方向时应用铅笔沿细绳画直线

D.实验中，把橡皮筋伸长到某点时，两弹簧测力计之间的夹角不能太大

（3）在此实验中，假如的大小及方向确定，那么为了使橡皮筋伸长到同一点，对来说，下面几种说法中正确的是__________。

A.可以有多个方向  B.的方向和大小可以有多个

C.的方向和大小都是唯一确定的 D.的方向是唯一的，但大小可有多个值

7.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所示。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正上方的A点,另一端系两根细绳,两根细绳的另一端分别有绳套1和绳套2。实验步骤如下。

A.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,此时弹簧测力计的示数为;

B.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与O点间细绳沿水平方向,绳套2与O点间的细绳、绳套1与O点间细绳的夹角为120°,此时弹簧测力计的示数为;

C.将与绳套1连接的细绳由0°方向缓慢转动到60°方向,同时保持与绳套2连接的细绳沿120°方向不变,进行多次实验。

根据上述实验回答下列问题。

(1)下列实验要求中必要的是______;

A.弹簧测力计需要在实验前进行校零

B.实验必须在竖直面内进行

C.弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行

D.与两绳套相连的细绳之间的夹角越大越好

(2)根据力的平行四边形定则计算与绳套1连接的细绳上的力和与绳套2连接的细绳上的力的合力_______;当满足关系________时,即可初步验证力的平行四边形定则。

8.在“探究求合力的方法”的实验中，用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点，在橡皮筋的另一端拴上两条细绳，细绳另一端系着绳套（用来连接弹簧测力计）。其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，和为细绳。

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图1中与B相连的弹簧测力计的示数为______N。

（2）在实验中，和表示两个互成角度的力，F表示由平行四边形定则作出的与的合力；表示用一个弹簧测力计拉橡皮筋时的力，则图2中符合实验事实的是______。

（3）对于“验证力的平行四边形定则”的实验，某同学有以下认识，以下操作可减小误差的是___________。

A.实验中两个分力的夹角取得越大越好

B.细绳以及弹簧测力计所在平面必须与木板平行

C.拉橡皮筋的细绳要长些，用铅笔画出两个定点的位置时，应使这两个点的距离尽量远些

D.作图要用细芯铅笔，图的比例要适当大些，要用严格的几何作图法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向

参考答案及解析

1.答案：（1）橡皮条沿同一方向伸长同一长度；等效替代法

（2）2.40（2.38~2.42均可）

（3）BD

解析：（1）该实验采用了等效替代法，即合力与分力的关系是等效的，前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度。

（2）题图乙中弹簧测力计的读数为2.40 N。

（3）两条细绳有无弹性，材质是否相同，均不会影响实验结果，A错误；拉力和纸面不平行，画出的力就不是实际作用力大小，B中做法可以减小实验误差，B正确；细绳应稍长些，这样在描点画力的方向时，误差较小，C错误；实验前调节弹簧测力计，使得两个弹簧测力计的读数标准相同，这样画出的平行四边形才准确，可以减小误差，D正确。

2.答案：（1）CD

（2）；F

（3）BC

解析：（1）本实验的目的是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，在白纸上标下第一次橡皮条和线的结点的位置，第二次将橡皮条和线的结点拉到相同位置，表明两次效果相同，故选C、D。

（2）由于误差的存在用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上，所以方向一定沿着方向的力是，和的合力理论值是用平行四边形定则求出的，即F。

（3）具体实验中，两细线长度不需要相同，故A错误；在记录力的方向时，标记同一细线方向的两点要远些，作图时产生的角度误差会减小，故B正确；本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则，为了减小实验误差，弹簧测力计、细线、橡皮条都应与木板平行，否则误差较大，故C正确；和的夹角不是越大越好，两分力的夹角应适当，故D错误。

3.答案：（1）BD

（2）BC

解析：（1）实验中需记录弹簧测力计拉力的大小、方向和小圆环被拉到的位置，故A、C错误，D正确；为保证拉力的方向为在纸面上画出的方向，和绳拉力的方向应与木板平面平行，故B正确。

（2）根据平行四边形定则，作出两个力的合力，如图。

由图可知，，合力

根据几何关系知与F的夹角。从图可看出，。故B、C正确，A、D错误。

4.答案：（1）2.6

（2）B

（3）弹簧测力计读数有误差（或力的方向记录不准确、作图不准确等）

（4）D

解析：（1）根据弹簧测力计每一小格代表0.2 N，则弹簧测力计的示数为2.6 N。

（2）本实验要验证平行四边形定则，需要画出平行四边形，所以用两只弹簧测力计将橡皮条的另一端拉至O点后需要记录O点的位置以及和的大小和方向，故选项B正确，A、C、D错误。

（3）题述实验误差产生的原因可能有弹簧测力计读数有误差、力的方向记录不准确、作图不准确等。

（4）弹簧测力计需要在实验前进行校零，以便减少力的读数的误差，故A错误；弹簧测力计的读数并不是越大越好，适当即可，同时注意不要超过量程，故B错误；拉两个细绳套时，两拉力夹角不一定为90度，适当即可，保证画出的平行四边形尽量充满纸面，故C错误；拉细绳套时，拉力应与木板平行，从而减小实验误差，故D正确。

5.答案：（1）3.80

（2）AB

（3）见解析

解析：（1）弹簧测力计A的分度值为0.1 N，读数为3.80 N。

（2）让重物M的质量适当大一些，可使得读数大些，可减小误差，故A正确；为了让测出来的两个分力更精确，故弹簧测力计应在使用前校零，故B正确；弹簧测力计B所拉的细绳套不用保持水平，故C错误；实验只需要测出三个力的大小和方向，所以不需要固定O点位置，故D错误。

（3）弹簧测力计A的指针稍稍超出刻度的最大值，可用如下方法来解决问题，方法一；减小重物M的质量；方法二：将弹簧测力计B绕O点顺时针转过一个小角度；方法三：将弹簧测力计A绕P点逆时针转过一个小角度；方法四：将弹簧测力计A更换为量程较大的弹簧测力计。

6.答案：（1）

（2）D

（3）C

解析：（1）F是通过作图的方法得到的合力的理论值，而是通过一个弹簧测力计沿方向拉橡皮筋，使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同，测量出的合力，故方向一定沿方向的是，由于误差的存在，F和方向并不重合。

（2）细绳的作用是能显示出力的方向，所以不用必须等长，故A错误；若将细绳换成橡皮筋，对实验结果没有影响，故B错误；在确定力的方向时，应该描绘距离尽量大些的两点确定方向，故C错误；实验中，把橡皮筋的另一端拉到某点时，两弹簧测力计之间的夹角不能太大或太小，故D正确。

（3）两个力的合力大小与方向一定，其中一个分力的大小与方向是一定的，则另一个分力的大小与方向是确定的，因此：假如的大小及方向固定不变，那么为了使橡皮筋伸长到同一点，对来说，的方向和大小是唯一确定的，故C正确。

7.答案：(1)AC

(2)

解析：(1)弹簧测力计在使用前需要校零,A正确;实验时,可以将木板平放在水平桌面上进行,故B错误;为尽量减小误差,弹簧测力计轴线、细绳、橡皮筋应与木板平面平行,C正确;为减小实验误差,与两绳套相连的细绳之间的夹角要适当大一点,但不是越大越好,D错误。

(2)根据力的平行四边形定则计算与绳套1连接的细绳上的拉力为,即;如果在误差允许的范围内,,即可初步验证力的平行四边形定则。

8.答案：（1）3.6

（2）B

（3）BCD

解析：（1）弹簧测力计的分度值是0.2 N，弹簧测力计的读数为3.6 N。

（2）只用一个力拉时，拉力的作用方向一定沿橡皮筋，则方向沿的延长线。与合力F间满足平行四边形定则。故B项正确，A、C、D错误。

（3）实验中两分力的夹角不能取得太大或太小，故A项错误。细绳以及弹簧测力计所在平面必须与木板平行，这样所有力在同一平面内，可减小实验误差，故B项正确。C项操作可以减小力的方向的误差，故C项正确。D项操作可以减小画图产生的误差，故D项正确。