2022届高考物理二轮复习 热点04 等效替代法

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1．如图，在“研究共点力的合成”的实验中：
①下列操作对减小实验误差有益的是________。
A．拉橡皮筋的细绳尽量长些
B．两细绳取等长
C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行
D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些
E．标记同一细绳方向的两点尽量远些
②实验中若用两根橡皮筋代替两根细绳套，将_______（选填“仍能”或“不能”）按原方案完成实验。
③甲、乙两同学用两个量程均为0~5N的弹簧测力计操作实验。他们从实验器材篮里拿出测力计，用两个测力计互成锐角地把橡皮筋与细绳的连结点拉到某位置，乙同学在结点正下方标记O点，并记录下两个测力计读数分别为3.8N和4.2N，之后便将橡皮筋释放。
请指出甲、乙两同学以上操作中存在的问题：________。
【答案】 ACE 仍能 在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程
【解析】
①ABE．拉橡皮筋的细绳尽量长些，标记同一细绳方向的两点尽量远些，这些措施都有益于减小力方向的测量误差，但两细绳没必要取等长，故AE符合题意，B不符合题意；
C．拉橡皮筋时，弹簧测力计、细绳、橡皮筋都与木板平行，从而避免因摩擦而造成的误差，故C符合题意；
D．两个弹簧测力计同时拉时，两测力计的拉力大小尽量相差得大些，这样势必会造成一个弹簧测力计的示数较小，不利于减小测量力大小的相对误差，故D不符合题意。
故选ACE。
②实验中细绳套用于反映拉力方向，用两根橡皮筋代替两根细绳套依然可以达到这一目的，所以仍能按原方案完成实验。
③甲、乙两同学在操作中存在的问题：在使用前未对弹簧测力计进行调零操作；未记录两测力计拉力方向；两拉力合力大于5N，用一个测力计拉橡皮筋结点到O点时会超出量程。
2．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，小组利用水平放置的平木板、细绳套、橡皮条、弹簧测力计等如图甲所示的装置完成实验，得到了如图乙所示的两分力、及合力的图示。
（1）为了使实验能够顺利进行，且尽量减小误差，下列说法或做法有必要的是________（填正确答案标号）。
A．使用弹簧测力计前应将弹簧测力计水平放置，然后检查并矫正零点
B．用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应沿弹簧的轴线，且与水平木板平行
C．两细绳套必须等长
D．用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应适当大些，但不能超过量程
E.同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置
（2）如图丙所示，用虚线连接表示和的线段的末端A、，构成一个三角形，若满足________，则说明合力与分力之间的关系满足平行四边形定则。
（3）如图丁所示为测量中某一弹簧测力计的示数，该力的大小为________。
【答案】 ABDE AC与表示分力F2的OB长度相等，方向平行 3.00
【解析】
（1）A．为了读数准确，在进行实验之前，使用弹簧测力计前应将测力计水平放置，然后检查并矫正零点，故A正确；
B．为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故B正确；
C．为减小实验误差，细绳套应适当长些，两细绳套不必等长，故C错误；
D．为减小实验误差，用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应适当大些，但不能超过量程，故D正确；
E．为使力的作用效果相同，同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置，故E正确。
故选ABDE。
（2）由平行四边形定则可知若AC与表示分力F2的OB长度相等，方向平行，则说明合力与分力之间的有关系满足平行四边形定则。
（3）根据图丙可知，最小刻度为0.1N，再估读一位，读出力的值为3.00N。
3．某学习小组开展“探究两个互成角度的共点力与合力的关系”的实验。
（1）在一张白纸上，将橡皮条一端固定，用两根量程均为5.00N的弹簧秤将橡皮条与两细绳的结点拉到某一位置，标记为O点、再在紧靠每条细绳处标记A、B两点，并把弹簧秤的读数记录在白纸上，如图所示；
（2）只留下一根弹簧秤，将结点重新拉至O点，这样做的目的是____________________，紧靠细绳处标记C点，并将弹簧秤的读数记录在同一张白纸上，如图所示。
（3）在白纸上取1cm长度表示1.00N，请用刻度尺画好图中三个力的图示，再把两个共点力与合力连接起来______。
（4）由图得到的结论是：____________________。
【答案】 等效替代 在误差范围内，两个互成角度的共点力与合力遵循平行四边形定则
【解析】
（2）只留下一根弹簧秤，将结点重新拉至O点，使一根弹簧秤的作用效果和两根弹簧秤的效果相同，这样做的目的是等效替代
（3）如图
（4）由于对角线得到合力的理论值与实验值基本吻合，在误差范围内，两个互成角度的共点力与合力遵循平行四边形定则。
4．某同学利用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则“。在倾斜桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。将三根绳子结在同一点O，如图所示。每根绳子另一端系一个沙桶，当系统达到平衡时，称出每个沙桶及沙的总质量可得出三根绳子的拉力FT1、FT2和FT3，回答下列问题：
（1）系统平衡后，固定滑轮的位置，改变桌面的倾斜角度，O点位置_______（填“会”或“不会”）移动；
（2）在拆下钩码和绳子前，必要的一个步骤是_______；
A．标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向
B．量出三段绳子的长度
C．用量角器量出OP2与OP3两段绳子之间的夹角
（3）系统平衡后，增加P3挂着的沙桶中沙的质量，改变P2挂着的沙桶中沙的质量并将P2______（填“逆时针”或“顺时针”）移动，可使结点O位置不动。
【答案】 不会 A 逆时针
【解析】
（1）系统平衡后，固定滑轮的位置，改变桌面的倾斜角度，O点位置保持不变，因为改变桌面的倾斜角度没有改变三段绳子的拉力大小及方向，所以O点位置不会移动。
（2）A．标记结点O的位置，并记录三段绳子的方向，这个步骤必要，所以A正确；
B．不需要量出三段绳子的长度，所以B错误；
C．也不需要用量角器量出OP2与OP3两段绳子之间的夹角，只需要记录三个拉力的方向与大小，所以C错误；
故选A。
（3）三力平衡，三力可构成一个闭合的三角形，结点O位置不动及绳子拉力FT1大小方向不变，绳子的拉力FT3方向不变大小增大，则绳子的拉力FT2的变化如图所示
所以要使结点O位置不动，应将P2逆时针转动。
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。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）下列必要的实验要求是_________；（请填写选项前对应的字母）
A．应测量重物M所受的重力
B．拉线方向应与木板平面平行
C．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，可以在保持OB方向不变的情况下______（填“增大”或“减小”）水平拉力FB。
【答案】 3.80 AB 减小
【解析】
（1）弹簧测力计读数，每1N被分成10格，则1格就等于0.1N，由图可知，读数为3.80N。
（2） A．实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道；故A正确；
B．拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性；故B正确；
C．当结点O位置确定时，弹簧测力计A的示数也确定，由于重物的重力已确定，两力大小与方向均一定，因此弹簧测力计B的大小与方向也一定，所以不需要改变拉力多次实验。故C错误。
故选AB。
（3）对结点分析可知，结点受到的B的拉力、A的拉力以及重物的拉力三力平衡，当弹簧测力计A超出其量程，则说明弹簧测力计B与重物这两根细线的力的合力已偏大。所以可以减小拉B的力。
6．某同学利用如图所示的装置验证力的平行四边形定则。在竖直木板上贴有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将三根细线的一头打一个结，结点O，另一头分别挂上不同数量的钩码，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根细线的拉力、和。
（1）下列钩码个数，能使实验完成的是___________。
A．钩码的个数，，
B．钩码的个数
C．钩码的个数，
D．钩码的个数，
（2）在拆下钩码和细线前，不需要做的步骤是___________。
A．标记结点O的位置
B．量出、、三段细线的长度
C．记录、、三根细线的方向
D．用天平测出钩码的质量
（3）在作图时，你认为图中___________（选填“甲”或“乙”）可能是正确的。
【答案】 BC BD 甲
【解析】
（1）对O点受力分析、、分别表示三个力的大小，因为三共点力处于平衡，所以等于。因此三个力的大小构成一个三角形。
A．3、4、8不可以构成三角形，则结点不能处于平衡状态，A错误；
B．4、4、4可以构成三角形，则结点能处于平衡，B正确；
C．3、3、5可以构成三角形，则结点能处于平衡，C正确；
D．2、2、4不可以构成三角形，则结点不能处于平衡状态，D错误。
故选BC。
（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，要标记结点O的位置和记录、、三段绳子的方向，钩码个数，BD错误，AC正确。
故选BD。
（3）以O点为研究对象，的是实际作用效果在这条线上，因为误差的存在，、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。