2023一轮复习课后速练11 2.5 实验：验证力的平行四边形定则

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2023一轮复习课后速练(十一)非选择题1．(2021·洛阳三模)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图所示，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．(1)本实验中，下列选项中可以减小实验误差的是________．A．两个分力F1、F2间的夹角尽量小些B．两个分力F1、F2要尽量大些C．拉橡皮筋的细绳要稍短一些D．实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要与弹簧测力计刻度盘垂直(2)本实验中，若将细绳换成橡皮筋，则实验结果________发生变化．(选填“会”或“不会”)(3)为了完成实验，在用两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮筋时，必须记录的有________．A．两细绳的方向B．橡皮筋的原长C．两弹簧测力计的示数D．结点O的位置【答案】　(1)BD　(2)不会　(3)ACD【思维分析】 (1)实验是通过作图得出结果，两个分力F1、F2间的夹角应尽量大些，故A项错误；实验是通过作图得出结果，故在不超出量程的情况下为了减小误差应让拉力尽量大些，故B项正确；为了准确记下拉力的方向，故采用两点描线时两点应尽量距离大一些，故细绳应长些，故C项错误；为了防止出现分力的情况，应让各力尽量贴近木板，且与木板平行，同时，读数时视线要正对弹簧测力计刻度，故D项正确．(2)由于O点的作用效果相同，将两个细绳套换成两根橡皮筋，不会影响实验结果．(3)该实验的实验目的是验证力的平行四边形定则，要根据两个弹簧测力计拉橡皮筋时两个拉力的大小和方向作出平行四边形求出其合力大小，然后与一个弹簧测力计拉橡皮筋时的拉力大小进行比较，最后得出结论，故需要记录的是两弹力的大小和方向．2．某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图a所示．(1)试在图a中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．(2)有关此实验，下列叙述正确的是________．A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3)如图b所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧测力计拉时力的图示)________________________________________________________________________．(4)以上比较符合实验事实的一位同学，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.【答案】　(1)见解析图　(2)AC　(3)甲同学实验得到的结果(4)见解析【思维分析】 (1)以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线即为所求的合力(如图所示)．(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B项错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D项错误．正确的只有A、C两项．(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实．(4)①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1和F2平行．(任选其二)3.(2021·天津模拟)以下是某同学在“探究共点力作用下物体的平衡条件”实验中的操作步骤．请完成步骤中的填空：A．将一方形薄木板竖直放置，在板面上用图钉固定好白纸，把两滑轮固定在板上B．用弹簧测力计称一薄铁块重力，记下示数FC．用两根细线结于O点，在O点吊上一薄铁块，两细线绕过定滑轮，与两个弹簧测力计的挂钩相连(铁块和测力计都不与纸面接触)，如图所示D．当铁块静止时，分别记下两个弹簧测力计的示数F1、F2和________E．根据________作出F1、F2的合力F12，记下OC方向并作出F的图示F．通过比较比较F12和F的________，即可得出实验结论【答案】　方向　平行四边形定则　大小和方向【思维分析】 当铁块静止时，分别记下两个弹簧测力计的示数F1、F2和方向；并按平行四边形定则作出F1、F2的合力理论值F12；比较理论值F12和实际值F的大小和方向，即可得出实验结论．4．(2021·宁夏模拟)学校创客活动中心的同学在老师指导下用两根完全相同的轻弹簧和重物验证力的平行四边形定则，他进行了如下操作(弹簧始终处于弹性限度内)：(1)用刻度尺测出弹簧的自由长度L0.(2)如图1所示，把重物通过细绳连接在弹簧下端，稳定后测出弹簧的长度L1.(3)如图2所示，用两根弹簧挂起重物，稳定时两弹簧与竖直方向的夹角均为60°，测出两弹簧的长度分别为L2、L3，若要验证力的平行四边形定则，则L1、L2、L3需满足的条件是________．(用关系式表示)(4)如图3所示，他又把两弹簧调整到相互垂直，稳定后测出两弹簧的长度为L4、L5，若要验证力的平行四边形定则，则L1、L4、L5和L0需满足的条件是________．(用关系式表示)(5)在实际进行该方案的操作中，本实验设计的误差来源可能是________________________．(至少写出2条)【答案】　(3)L1＝L2＝L3(4)(L1－L0)2＝(L5－L0)2＋(L4－L0)2(5)弹簧有自重；长度测量的误差；角度测量的误差【思维分析】 (3)当合力沿两个分力角平分线方向且两个分力夹角为120°时，合力和两个分力大小相等，故弹簧形变量相同，长度相同，即L1＝L2＝L3.(4)当两个分力相互垂直时，由勾股定理知F2＝F12＋F22，即(L1－L0)2＝(L5－L0)2＋(L4－L0)2.(5)本实验设计的误差来源可能是：弹簧有自重；长度测量的误差；角度测量的误差．5．(2022·南昌模拟)为探究合力与两个分力间所满足的具体关系，某同学设计了如图所示的实验装置，实验时，保持所挂的钩码不变，移动弹簧测力计到不同位置，则平衡时弹簧测力计的示数F将随着动滑轮两边细线间的夹角的改变而改变．实验时使夹角分别为60°、90°、120°，读出对应的F值．(1)该同学通过比较发现α越大、F越大，为了更清楚地了解F随α变化的关系，于是他算出每次实验时的、Fcos 、、Fcos α等的值．若该同学在实验中的操作都是正确的，则他能够得到的结论：以下为定值的是________．A.　　　　　　　 B．FcosC.   D．Fcos α(2)经过步骤(1)了解了关于F随α变化的关系，该同学进一步以表示两边细线的拉力的图示的线段为邻边作出平行四边形，发现表示两细线的拉力的线段所夹的对角线基本上都是竖直向上的，但是该对角线的长度总比表示钩码重力的图示的线段明显要长，出现这一情况的原因应该是_________________________________________________．【答案】　(1)B　(2)没有考虑动滑轮的重力【思维分析】 (1)设动滑轮与所挂钩码的总重为G总，则有2Fcos＝G总，由于G总不变，所以Fcos为定值，故选B项．(2)由题意可知，该对角线的长度总比表示钩码重力的图示的线段明显要长，出现这一情况的原因：没有考虑动滑轮的重力．6．(2021·泰州模拟)某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心．在O点挂上重G＝2.00 N的钩码，记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则．(1)当F1＝1.00 N、F2＝1.50 N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力的图示法作图，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F＝________N．(结果保留3位有效数字)(2)该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2，作出了如图丙所示的F2－θ2图像，由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1＝________．【答案】　(1)图见【思维分析】 2.01(1.97～2.05)　(2)60°【思维分析】 (1)F1、F2的图示及合力F如图所示，根据比例关系可知合力大小为2.01 N.(2)根据丙图可知，当θ2＝时，F2＝2.0 N，F1、F2的合力仍为重力G＝2 N，根据平衡条件则有：F1cos θ1＋F2cos 60°＝G，F1sin θ1＝F2sin 60°，解得：F1＝2 N，θ1＝60°. 7．(2021·福建联考)用如下的器材和方法可以验证“力的平行四边形定则”．在圆形桌子的透明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．第一次实验中，步骤如下：A．在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点O静止；B．在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，作出三拉力的图示；C．以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度；D．检验对角线的长度和绕过P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上．(1)这次实验中，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳挂的钩码质量一定大于________且小于________．(2)第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点________(填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合．实验中，若桌面不水平________(填“会”或“不会”)影响实验的结论．【答案】　(1)m　3m　(2)不必　不会【思维分析】 (1)若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则两绳子的拉力分别为：mg、2mg，两绳子拉力的合力F的范围是：|2mg－mg|≤F≤mg＋2mg，即mg≤F≤3mg，三力的合力为0，则第三根绳挂的质量范围在m～3m之间，即第三根绳挂的钩码质量一定大于m且小于3m.(2)本实验不是先用一根绳拉，然后用两根绳去拉，使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉到O点，所以O点的位置可以改变，若桌面不水平，也不会影响实验结论．