高中物理高考 考点08 实验 验证平行四边形定则——备战2021年高考物理考点一遍过

这是一份高中物理高考 考点08 实验 验证平行四边形定则——备战2021年高考物理考点一遍过，共14页。试卷主要包含了基本实验要求，规律方法总结等内容，欢迎下载使用。
一、基本实验要求1．实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等。2．实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺。3．实验步骤（1）用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。（2）用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。如实验原理图所示。（3）用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。（4）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向。（5）比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等。二、规律方法总结1．正确使用弹簧测力计（1）将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止。（2）使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围。（3）被测力的方向应与轴线方向一致。（4）读数时应正对、平视刻度。2．注意事项（1）位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。（2）角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°~100°之间为宜。（3）在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。（4）统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。3．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。（2020·启东市吕四中学高三一模）验证“力的平行四边形定则”，如图所示，实验步骤如下：①用两个相同的弹簧测力计互成角度拉细绳套，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，记为O1；②记录两个弹簧测力计的拉力F1和F2的大小和方向；③只用一个弹簧测力计，将结点仍拉到位置O1，记录弹簧测力计的拉力F3的大小和方向；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；⑥比较F3和F的一致程度。(1)下列说法中正确的是________；A．应使橡皮条与两绳夹角的平分线在同一直线上B．为了便于计算合力大小，两绳间夹角应取、、等特殊角度C．系在橡皮条末端的两绳要一样长D．同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1(2)改变F1、F2，重复步骤①至⑥进行第二次实验，记下结点位置O2，位置O2________（选填“必须”或“不必”）与位置O1相同；(3)实验记录纸如图所示，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；两个力的大小分别为：，。请根据图中给出的标度作出F1和F2的合力________；(4)实验中，用两个弹簧测力计同时拉，两绳夹角小于，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半。请说明这样操作________（选填“合理”或“不合理”），理由是________。【参考答案】D    不必        不合理    只用一个弹簧测力计拉时会超过其量程    【详细解析】(1)[1]A．橡皮条的方向代表合力的方向，可以是两绳之间任意方向，不一定是两绳夹角的平分线，故A错误；B．两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定两绳间夹角应取、、等特殊角度，故B错误；C．细线的作用是能显示出力的方向，所以不必须等长，故C错误；D．同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1，故D正确。故选D。(2)[2]改变F1、F2重复步骤①至⑥进行第二次实验,记下结点位置O2，因为是两次不同的实验，则位置O2不必与第一次O1点相同。(3)[3]根据平行四边形定则求F2与F1的合力，作图如下，测得合力(4)[4][5]用两个弹簧测力计同时拉，两绳夹角小于，一个弹簧测力计示数接近量程，另一个超过量程的一半。这样操作不合理，理由是只当换用一个弹簧测力计拉时，弹簧会超过其量程。1．（2020·山东省高三一模）如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置：(1)请把下面的实验步骤补写完整：①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动；②把一张画有等间距同心圆的厚纸，紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答______（选填“有”或“没有”，不必说明理由）；③记录三段绳子悬挂的钩码个数以及三段绳子的方向；④根据记录的数据，作出三段绳子上的拉力、、的图示；⑤以表示、的线段为邻边，画出平行四边形，如果平行四边形的对角线所表示的力与近似______，则在实验误差允许的范围内验证了力的平行四形定则。(2)在图中A、B、C三段绳子上分别悬挂了4、5、6个钩码而静止不动，图中、两段绳子与竖直方向的夹角分别为、，如果本实验是成功的，那么应接近于______。【答案】没有    等大反向    1.25  【解析】(1)②[1]每个钩码的重量相同，可以通过钩码的个数表示力的大小，没有必要测量钩码所受的重力大小。⑤[2]、、三力平衡，通过平行四边形可以做出和的合力，若近似与等大反向，即可在实验误差允许的范围内验证了力的平行四形定则。(2)[3]根据平衡条件可知在水平方向则1．（2020·浙江省高一期末）在“探究求合力的方法”实验中（1）下列器材实验需要的是____________（多选）。A．                        B．C．                D．（2）某次实验中，如图所示弹簧秤的读数是____________N；（3）此实验主要步骤如下，其中有一个步骤有重要遗漏，该步骤序号是____________A．在桌面上放一块方木板，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．用两只弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记下O点的位置，读出两只弹簧秤的示数F1和F2；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，以F1和F2为邻边作平行四边形，求出合力F；E.只用一只弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，结点到达位置O，读出弹簧秤的示数F′，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F.比较力F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。2．两位同学在探究“两个互成角度的力的合成”的实验中，利用图钉、木板、橡皮条、细绳套、弹簧测力计、白纸、刻度尺等器材进行有关实验。（1）其主要实验步骤如下：①将图钉、白纸固定在木板上，把系好细绳套的橡皮筋挂在图钉上②用两个弹簧测力计互成角度的拉伸橡皮筋，记录此时两个测力计的读数F1、F2及其方向③用一个弹簧测力计拉伸橡皮筋，并记录此测力计的读数F´及其方向④在白纸上作出三个力的图示，并探究它们的关系以上步骤中，存在问题的步骤是_________。（填写步骤前的序号）（2）如图甲、乙所示是这两名同学探究得到的结果，则可判定其中______（填“甲”或“乙”）实验结果是尊重实验事实的。（3）两弹簧测力计拉力的图示已在图丙中作出，方格每边的长度表示1.0N，按照作图法可得合力的大小为_________N。（结果保留两位有效数字）3．（2020·浙江省诸暨中学高一期中）“探究两个互成角度的力的合成规律”实验情况如图所示，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。（1）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（2）某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2，关于F1、F2与F、θ1和θ2关系正确的有________(填正确答案标号)。A．F1＝4NB．F＝12NC．θ1＝45°D．θ1<θ24．某同学做“探究共点力合成的规律”实验的主要步骤是：a.如图甲所示，用图钉将橡皮条固定在A点，用两弹簧秤将橡皮条与细绳的结点拉至O，并记录结点O的位置、OB和OC的方向、弹簧的示数F1、F2；b.只用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，使结点也拉到O点，记下此时弹簧秤的读数和细绳的方向。c.分析实验数据作图如图乙所示。(1)如果操作正确，图乙中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________。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)步骤（b）中弹簧的示数如图丙所示，示数为________N。d.某次实验时，一同学得到力F1的方向沿图丙中OP方向，力F2的方向沿图中OM方向，两个分力的大小分别为F1=2.00N、F2=2.40N，请根据图中标示的单位长度作出F1、F2的合力F______；根据作图可得F1、F2的合力大小为F=_____N（结果保留2位有效数字）。5．（2018·天津卷）某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条（带两个较长的细绳套），刻度尺，图钉（若干个）。①具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是______。A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力②该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O，力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_____。6．（2015·山东卷）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.052.002.50l (cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新记为O、，橡皮筋的拉力记为。④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空：（1）利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F–l图线，根据图线求得l0=_____cm。（2）测得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则FOA的大小为________N。（3）根据给出的标度，在答题卡上作出FOA和FOB的合力的图示。（4）通过比较与________的大小和方向，即可得出实验结论。7．（2015·安徽卷）在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在木板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端，用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使得橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示，请将以下的实验操作和处理补充完整：①用铅笔描下结点位置，记为O；②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_________；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F；⑥比较________________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再进行试验。1．BD    3.00    C    【解析】（1）[1] 在“探究求合力的方法”实验中，必须用到的有弹簧测力计和刻度尺，故选BD； （2）[2]由图可知弹簧测力计的读数为3.00N；（3）[3]该实验采用“等效替代法”进行，即1个弹簧秤和2个弹簧秤拉橡皮条与细绳套的结点时应该拉至同一位置O点，由于力是矢量，因此在记录数据时，不只要记录力的大小，还要记录其方向，则知在ABCDEF中有重要遗漏的步骤的序号是C。2．②③    甲    7.0（6.9~7.2）    【解析】（1）[1] ①将图钉、白纸固定在木板上，应该是：用图钉把橡皮条的一端固定在木板上，而不是把系好细绳套的橡皮筋挂在图钉上，故步骤①有问题；②用两个弹簧测力计互成角度的拉伸橡皮筋，记录此时两个测力计的读数F1、F2及其方向，还要记录结点O点的位置，故步骤②有问题；③用一个弹簧测力计拉伸橡皮筋，把橡皮条与细绳的结点拉到位置O，并记录此测力计的读数F´及其方向，故步骤③有问题；④在白纸上作出三个力的图示，并探究它们的关系，故步骤④没有问题。故存在问题的步骤是①②③（2）[2] 实验测的弹力方向沿绳子方向，由于误差的存在，作图法得到的合力与实验值有一定的差别，故甲更符合实验事实.（3）[3] 已知分力求合力，根据平行四边形定则作图，如图：故合力为7.0N。3．B    BC    【解析】（1）[1]本实验是根据合力与两个分力的作用效果相同为原则的，所以采用了等效替代法，故B正确，ACD错误；故选B。（2）[2]据平行四边形定则，作出两个力的合力，如图所示．可知分力F1的大小合力F大小为根据几何关系知F1与F的夹角分别为从图上可知故BC正确．4．    B    4.00        3.8    【解析】 (1)[1]弹簧弹力方向与橡皮筋方向相同，所以的方向一定沿方向。(2)[2]实验探究的是共点力合力的规律，合力与分力是等效替代的关系，故选B。(3)[3]弹簧测力计的精度为，读数为。[4]根据题意，结合平行四边形法则作图[5]根据图示单位长度可知。5．①BC  ②B【解析】①为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O点位置相同，不需要每次实验的O点位置都相同，B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误；②AD实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B图和C图选用的标度相同，但C中力太小，不利于作平行四边形，故B符合题意；6．（1）10.00  （2）1.8  （3）如图  （4）【解析】（1）做出F–l图像，求得直线的截距即为l0，可得l0=10.00 cm；（2）可计算弹簧的劲度系数为；若OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则弹簧的弹力；则此时；（3）如图所示；（4）通过比较和的大小和方向，可得出实验结论。7．③沿此时细绳的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线  ⑥F和F3【解析】③需要记录拉力的方向。⑥应该比较用平行四边形定则做出的合力F和实际值F3的大小和方向是否一样。