【备战2023高考】物理总复习——2.5《实验三：验证力的平行四边形定则》练习（全国通用）

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2.5 实验三：验证力的平行四边形定则

1．某物理兴趣小组的同学现利用如图所示的装置来做“验证力的平行四边形定则”实验，其中OB为橡皮筋。

（1）下列实验要求正确且必要的是___________。（填序号）
A．读弹簧测力计示数时需要正视测力计的刻度
B．弹簧测力计应在使用前校零
C．拉线方向应与木板平面平行
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
（2）如图所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中为用一个弹簧测力计拉橡皮筋时所受到的拉力，则其中___________（选项“甲”或“乙”）同学测得的实验结果比较符合实验事实。
（3）某次实验中两弹簧测力计的夹角为一钝角后，立即固定弹簧测力计a不动，保持O点不动且橡皮筋一直处于竖直方向，然后缓慢增大两弹簧测力计之间的夹角，则在这一过程中弹资测力计b的示数将_______（选以“变大”“变小”或“不变”）
【答案】     ABC     甲     变大
【解析】
（1）[1]A．读取弹簧测力计的示数，视线要与刻度面垂直，即正视刻度线，故A为必要的；
B．弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确，必须在测之前校零，故B项也需要；
C．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C项也需要；
D．只需要两次拉橡皮条时，将结点拉到同一位置，改变拉力后，也需两次将结点拉到同一位置，但不需要改变拉力多次实验均到同一位置，故D项不需要。
故选ABC；
（2）[2]实际的合力应该与橡皮筋在同一条直线上，即用一根弹簧测力计的拉力与橡皮筋在同一直线上，而理论值（通过平行四边形定则作出的合力）不一定与橡皮筋的重合，所以甲同学的图示比较符合实际；
（3）[3]实验中两弹簧测力计的夹角为一钝角后，立即固定弹簧测力计a不动，保持O点不动且橡皮筋一直处于竖直方向，即合力F保持不变，且分力Fa的方向不变，若设Fb与合力F的夹角为θ，则
Fbcosθ=F
则当缓慢增大两弹簧测力计之间的夹角时，θ角也变大，则Fb变大。
2．将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示，这时弹簧测力计的示数可从图中读出。

（1）由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为___________ N和___________ N；
（2）在如图乙所示的方格纸上，按作图法的要求画出这两个力及它们的合力；___________
（3）当两根细绳之间的夹角由相互垂直逐渐减小到35°时，保持橡皮筋的活动端拉到O点，两个弹簧测力计拉力的合力大小___________ （选填变大，变小，或不变）
【答案】     4.00     2.50          不变
【解析】
解：（1）[1]由图甲可读得水平方向的拉力的大小为4.00N。
[2] 竖直方向的拉力大小为2.50N。
（2）[3] 规定方格纸上每小格的边长表示0.5N，按两个分力的大小和方向在方格纸上做出两个分力的图示，然后以两个分力图示为邻边画平行四边形，再从两邻边的交点画对角线，对角线的长度表示两个分力的合力大小，方向表示合力的方向，如图所示。

（3）[4]由两个分力与合力的关系可知，无论两个分力的方向如何，只要这两个分力共同作用的效果不变，那么这两个分力的合力一定大小相等方向相同，所以当两根细绳之间的夹角由相互垂直逐渐减小到35°时，保持橡皮筋的活动端拉到O点，两个弹簧测力计拉力的合力大小不变。
3．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和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___________（填正确答案标号）。
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）下列说法正确的是___________（填正确答案标号）。
A．拉橡皮条的绳细一些且长一些
B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应靠近木板且与木板面平行
C．同一次验证过程中O点位置应相同
D．拉力F1和F2的夹角应该较小
（4）由于实验室没有细绳，在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替吗？___________。（选填“可以”或“不可以”）
【答案】     F     B     ABC     可以
【解析】
（1）[1]图乙中的F与中，是由平行四边形得出的，而F是通过实验方法得出的，所以其方向一定与橡皮筋的方向相同，即一定与AO共线的是F。
（2）[2]本实验采用的科学方法是等效替代法，即一个力单独作用效果和两个力共同作用效果相同。
故选B。
（3）[3]
A．拉橡皮条的绳要细一些且长一些，以便记录拉力的方向，故A正确；
B．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应靠近木板且保证与木板平面平行，故B正确；
C．同一次验证过程中O点位置应相同，以保证等效性，故C正确；
D．拉力F1和F2的夹角应该大小适当，故D错误。
故选ABC。
（4） [4]在进行实验时，图甲中的OB和OC可以用橡皮条代替；理由：因为OB和OC的作用是确定两个力的方向。
4．某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水总质量m=1kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验验证力的平行四边形定则，同时测出弹簧的劲度系数k.其操作如下：

a.将弹簧P上端固定，让其自然下垂，用刻度尺测出此时弹簧P的长度L0=12.50cm；
b.将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度L1，如图甲所示，则L1=_____cm；
c.在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油，将弹簧Q的挂钩钩在细绳上的某一位置，缓慢的拉起弹簧Q，使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°，测出弹簧Q的长度为L2及其轴线与竖直方向夹角为θ，如图乙所示；
（1）取重力加速度g=10m/s2，则弹簧P的劲度系数k=_____N/m；
（2）若要验证力的平行四边形定则，θ需满足的条件是θ=_____。
【答案】              
【解析】
（1）[1] 如图甲所示，刻度尺的最小刻度为1mm，则

（2）[2] 矿泉水瓶静止处于平衡状态，由胡克定律与平衡条件得

弹簧的劲度系数

（3）[3]若要验证力的平行四边形定则，则两个弹簧拉力的合力与重力等大反向，根据几何关系可知，若两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等，此时

即可验证了力的平行四边形定则，则有


5．“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，图乙是白纸上根据实验结果画出的图。

（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）如果没有操作失误，图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是___________。
（3）如图所示，用a、b弹簧秤拉橡皮筋使结点到O点，当保持弹簧秤a的示数不变，而在角逐渐减小到0的过程中（已知+β