專題58 驗證平行四邊形定則實驗(解析版)

2015—2020年六年高考物理分類解析專題58、驗證平行四邊形定則實驗（1）（2018年11月浙江選考物理）在“探究求合力的方法”的實驗中，下列操作正確的是（ ）（多選）在使用彈簧秤時，使彈簧秤與木板平面平行每次拉伸橡皮筋時，只要使橡皮筋伸長量相同即可橡皮筋應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上描點確定拉力方向時，兩點之間的距離應(yīng)盡可能大一些【參考答案】（1）AD【解題思路】（1）在“探究求合力的方法實驗”操作中，在使用彈簧秤時，使彈簧秤與木板平面平行，選項A操作正確；每次拉橡皮筋時，需要將橡皮筋拉到同一點，選項B操作錯誤；不需要橡皮筋與兩細(xì)繩套夾角的平分線在同一直線上，選項C操作錯誤；描點確定拉力方向時，兩點之間距離應(yīng)盡可能大一些，可以減小拉力方向的誤差，選項D正確。2.（2018高考天津理綜）某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，所有器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測力計兩個，橡皮條（帶兩個較長的細(xì)繩套），刻度尺，圖釘（若干個）。具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的 。橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上重復(fù)實驗再次進(jìn)行驗證時，結(jié)點O的位置可以與前一次不同使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力參考答案】BCB【名師解析】①為了使實驗結(jié)果更具有普遍性，在實驗過程中不應(yīng)讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或

位置，選項A錯誤；只有每一次實驗時用一個力和用兩個力拉橡皮條時的效果相同即可，即O點的位置相同，不需要每次實驗的O點位置都相同，選項B正確；使用測力計時，施力方向應(yīng)該沿測力計的軸線，讀數(shù)時，視線應(yīng)該正對彈簧測力計的刻度，選項C正確；由于兩個力的合力可以大于任意一個分力，也可以等于一個分力，還可以小于任意一個分力，所以用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力可以大于或等于只用一個測力計時的拉力，選項D錯誤。AD表示的實驗中選取力的標(biāo)度過大，導(dǎo)致畫力的圖示時，線段太短，不利于提高實驗精確度；圖：中力太小，不利于做平行四邊形，不利于提高實驗精確度；所以對于提高實驗精度最有利的是圖B.3.（6分）（2017全國III卷?22）某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm）的紙貼在水平桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點（位于圖示部分之外），另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長。（1） 用一只測力計將像皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標(biāo)原點0,此時拉力F的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為 No（2） 撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉像皮筋，再次將P端拉至O點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖（a）中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F=4.2N和F=5.6N。12（i）用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)為作用點，在圖（a）中畫出力F、F的圖示，然后按平12行四邊形定則畫出它們的合力F；合橡皮須A11II橡皮須A11II111II11111111|11ii1OkIlliIIII11II1IIIIIIII111IIF2'圖（a）（ii）F的大小為 N，F(xiàn)與拉力F的夾角的正切值為 o合合若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。參考答案】（1）4.0 （2）4.0，0.05（參考下圖a）

【名師解析】（1）由于測力計的最小刻度為0.2N,根據(jù)讀數(shù)規(guī)則，F(xiàn)的大小為4.0N。⑵按平行四邊形定則畫出它們的合力仃’長度為20.0mm，其F合=4.0N。尸合與拉力F的夾角的正切值為tana=1為tana=120=0.05.4.（10分）（2016高考浙江理綜物理）.某同學(xué)在“探究彈簧和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m。如圖1所示，用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實驗。在保持彈簧伸長1.00cm伸長1.00cm不變的條件下,（1）彈簧秤a.b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù) N（圖2中所示），則彈簧秤b的讀數(shù)可能為 N。（2） 若彈簧秤a、b間夾角大于90°，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角，則彈簧秤a的讀數(shù)是 、彈簧秤b的讀數(shù) （填“變大”、“變小”或“不變”）?！緟⒖即鸢浮浚?）3.00~3.02，3.09~4.1（有效數(shù)不作要求）（2）變大，變大【名師解析】（1）彈簧伸長1.00cm，其彈簧彈力為F=kx=500x0.01N=5N。彈簧秤a、b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù)是3.00N。根據(jù)力矢量合成的平行四邊形定則，彈簧秤b的讀數(shù)可能為4.00N。（2）若彈簧秤a、b間夾角大于90°，保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變，減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角，畫出三力矢量三角形動態(tài)變化圖，可知彈簧秤a的讀數(shù)是變小、彈簧秤b的讀數(shù)變小。5.（2015?山東理綜）（10分）某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟：圖甲將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為0］、02,記錄彈簧秤的示數(shù)，F(xiàn)測量并記錄0］、02間的距離（即橡皮筋的長度1）。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測，出所對應(yīng)的1，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.501（cm）1010.9712.0213.0013.9815.05找出②中F=2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為0、O'，橡皮筋的拉力記為F。。,。在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到0點，將兩筆尖的位置記為A、B,橡皮筋0A段的拉力記為F0A,0B段的拉力記為F0B。完成下列作圖和填空：（1） 利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上（見答題卡）畫出F—l圖線，根據(jù)圖線求得1= cm（2）測得0A=6.00cm，OB=7.60cm，則F0A的大小為 N。（3） 根據(jù)給出的標(biāo)度，在答題卡上做出F0A和F0B的合力F'的圖示。（4）通過比較F與 的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論?！敬鸢浮浚?）畫出F—1圖線如圖。10.00；

2)1.8；(3)做出FOA和FOB的合力F的圖示如圖;4)FOO'【解析】(1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上畫出F—l圖線如圖。由F—l圖線在橫軸上的截距可得l0=10.00cm。由F—1圖線斜率可得橡皮筋的勁度系數(shù)k=50N/m.。測得OA=6.00cm,OB=7.60cm，則橡皮筋伸長為6.00cm+7.60cm-10.00cm=3.60cm,橡皮筋中的彈力F=k4=1.8N,FOA的大小為1.8N。利用平行四邊形定則，根據(jù)給出的標(biāo)度，做出FOA和FOB的合力F的圖示如圖。通過比較F與F。。,的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。I.在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板將橡皮條的一端固定在板上一點,兩個細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細(xì)繩套,互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)紙面上某一位置，如圖所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：用鉛筆描下結(jié)點位置，記為O；記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2,沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位O，記錄測力計的示數(shù)F3, ；按照力的圖示要求，作出拉力F］、F2、F3；根據(jù)力的平行四邊形定則作出F］和F2的合力F；比較 的一致程度，若有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實驗?！緟⒖即鸢浮竣垩卮藭r細(xì)繩套的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。⑥F和F3【名師解析】：根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗操作步驟，只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位O,記錄測力計的示數(shù)f3,沿此時細(xì)繩套的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。高考模擬題1．（5分）（2020年4月溫州選考適應(yīng)性測試）（1）在“探究求合力的方法”的實驗中已有實驗器材：木板、白紙、圖釘、細(xì)繩套、橡皮筋、鉛筆，圖甲所示的器材中還需要選取 （某實驗室老師提供的橡皮筋和細(xì)繩套如圖乙所示，在實驗過程中需要記錄的“結(jié)點”應(yīng)該選擇（選填“0點”或“0'點”）；關(guān)于此實驗的操作，說法正確的 （多選）；b、c兩細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些實驗過程中，彈簧測力計外殼不能與木板有接觸重復(fù)實驗再次探究時，“結(jié)點”的位置可以與前一次不同只有一把彈簧測力計也可以完成此實驗【參考答案】（1）AC ①②O'點 ③ACD【命題意圖】本題考查“探究求合力的方法”的實驗及其相關(guān)知識點，考查的核心素養(yǎng)是“實驗探究”?！窘忸}思路】（1）在“探究求合力的方法”的實驗中，還需要選取三角板（A）畫平行四邊形用，選取彈簧測力計（C）。某實驗室老師提供的橡皮筋和細(xì)繩套如圖乙所示，在實驗過程中需要記錄的“結(jié)點”應(yīng)該選擇O'點。關(guān)于此實驗的操作，b、c兩細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，可以使作出的力的圖示方向更準(zhǔn)確些，選項A說法正確；實驗過程中，彈簧測力計應(yīng)該與木板平行，外殼能與木板有接觸，選項B說法錯誤；重復(fù)實驗再次探究時，“結(jié)點”的位置可以與前一次不同，選項C說法正確；只有一把彈簧測力計時，可以用手代替彈簧測力計拉另一繩套，把結(jié)點拉到O'點，讀出彈簧秤讀數(shù)，標(biāo)記出兩個繩套的方向。然后手和彈簧測力計調(diào)換，沿標(biāo)記出兩個繩套的方向?qū)⒔Y(jié)點拉到O'點，讀出彈簧測力計的讀數(shù)，即只有一把彈簧測力計也可以完成此實驗平行四邊形，選項D的說法正確。2．（6分）（2020北京高考模擬1）某同學(xué)用一彈簧測力計和一橡皮條做驗證平行四邊形定則的實驗，裝置如圖所示。實驗步驟如下：將貼有白紙的木板豎直固定，將橡皮條上端掛在木板上O點；將三根細(xì)線Pa、Pb、Pc結(jié)于P點.a端系在橡皮條下端，c端暫時空置，b端掛一鉤碼，鉤碼靜止后，記錄鉤碼重力G的大小和方向；以O(shè)為圓心，以O(shè)P為半徑，畫一圓??； 圖13用彈簧測力計鉤住c端，向右上方緩慢拉，調(diào)整拉力方向，使結(jié)點P移到圖中所示位置，記錄該位置和彈簧測力計的示數(shù)；在白紙上作出各力的圖示，驗證平行四邊形定則是否成立。（1） 第④步中還應(yīng)記錄的是 ；（2） 第⑤步中，若橡皮條拉力與彈簧測力計拉力的合力大小等于 ，方向 ，則可驗證平行四邊形定則?！緟⒖即鸢浮浚?）彈簧測力計拉力（細(xì)線Pc）的方向（2）G豎直向上【名師解析】（1）第④步中還應(yīng)記錄的是彈簧測力計拉力（即細(xì)線Pc）的方向，以便⑤中驗證平行四邊形定則。（2）第⑤步中，鉤碼的重力、橡皮條的拉力和彈簧測力計的拉力三力平衡，則橡皮條拉力與彈簧測力計拉力的合力大小等于重力G,方向與重力方向相反，即豎直向上。（8分）（2020江蘇高考仿真模擬3）某同學(xué)用如圖所示的裝置，驗證力的平行四邊形定則”。在某次實驗中，彈簧測力計的指針位置如圖所示。（1）本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中細(xì)繩BO對O點的拉力大小為 No圖（2） 下列不必要的實驗要求 （請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母）。彈簧測力計應(yīng)在使用前校零用兩個彈簧測力計同時拉細(xì)繩時，它們的示數(shù)之差應(yīng)盡可能大改變拉力，進(jìn)行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置為了驗證力的平行四邊形定則，應(yīng)采用作力的圖示來表示分力與合力（3） 為了提高實驗的準(zhǔn)確性，減少誤差，請?zhí)岢龊侠淼慕鉀Q辦法 、② （至少二條）?！緟⒖即鸢浮浚?）3.60 （2分）；（2）BC（2分）；（3）見解析（每條2分，共4分）?！久麕熃忸}】（1）由題圖知，彈簧測力計的分度值為0.1N,細(xì)繩BO對O點的拉力大小為讀數(shù)為3.60N；（2） 測量前彈簧測力計調(diào)零才能測量準(zhǔn)確，選項A正確；用二個彈簧測力計同時拉細(xì)繩時，彈簧測力計的示數(shù)之差適當(dāng)大些即可，選項B錯誤；改變拉力進(jìn)行多次實驗，O點位置可以不同，選項C錯誤；為了驗證力的平行四邊形定則，應(yīng)采用作力的圖示來表示分力與合力，選項D正確。（3） 實解決辦法可以是：①選用彈性小的細(xì)繩；②橡皮條、細(xì)繩套和彈簧測力計的軸應(yīng)在同一平面上且與板面平行貼近等（只要提出的方法合理即可得分）。（2020江蘇揚州期末）某興趣小組通過實驗驗證力的平行四邊形定則。O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點，一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點，實驗測得F]=3.18N、F2=2.90N。（1）在操作過程中，下列說法正確的是 。必須測量F1和F2間的夾角彈簧測力計的拉力方向必須與木板平行兩彈簧測力計拉橡皮筋時，兩個拉力方向一定要互相垂直拉橡皮筋的細(xì)繩要短些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要近些（2） 請用刻度尺上1cm的長度作為1N的標(biāo)度，在右圖中作出兩個分力F1和F2的合力F合（保留作圖痕跡），并求其大小為 N。

某同學(xué)發(fā)現(xiàn)表示F合勺線段并不過P3點，上述實驗誤差產(chǎn)生的原因可能 。(寫出兩個原合3因)實驗中行與F2的夾角為0(0>90°)，保持F1的方向不變，增大0角，為保證O點不變，F(xiàn)2應(yīng)該。(選填“變大”、該。(選填“變大”、“變小”或“不變”)參考答案】(1)B(2)作力的圖示以及平行四邊形 4.2；3)力的測量有誤差；作圖不準(zhǔn)確4)變大【名師解析】(1)用作圖法求合力，則不用測量F1和F2間的夾角，故A錯誤；彈簧測力計的拉力方向必須與木板平行，故B正確；兩彈簧測力計拉橡皮筋時，兩個拉力的夾角適當(dāng)大些，汪一定要互相垂直，故C錯誤；拉橡皮筋的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些，故D錯誤。(2)力的圖示如圖：據(jù)圖及標(biāo)度可得(2)力的圖示如圖：據(jù)圖及標(biāo)度可得F=42N實驗誤差產(chǎn)生的原因可能是：力的測量有誤差；作圖不準(zhǔn)確；對點o受力分析，受到兩個彈簧的拉力和橡皮條的拉力，如圖，F(xiàn)］、F2夾角大于90°，現(xiàn)保持O點位置不變，拉力F1方向不變，增大耳與F2的夾角，將F2緩慢轉(zhuǎn)至水平方向的過程中，f2一直增大?！痉椒w納】（1）在實驗過程中，需要根據(jù)力的大小和方向做平行四邊形，由此可知需要記錄力的大小和方向，同時該實驗采用了“等效替代”方法，要求兩次拉橡皮筋時橡皮筋的伸長量大小和方向相同，對于兩分力的夾角沒有定性要求，只要便于減小誤差即可。（2） 力的合成遵循平行四邊形定則，做出合力，據(jù)長度確定力的大小。（3） 實驗誤差產(chǎn)生的原因可能是：力的測量有誤差；作圖不準(zhǔn)確；（4） 要使結(jié)點位置不變，應(yīng)保證兩彈簧秤的拉力的合力大小、方向不變，故可以根據(jù)平行四邊形定則作圖分析得出結(jié)果。要解答本題應(yīng)熟練掌握實驗的目的及原理，尤其是理解“等效”含義，“等效”指橡皮筋的形變量和方向均相同，明確“理論值”與“實驗值”的區(qū)別。（5分）（2020廣東湛江質(zhì)檢）某同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，并用圖釘固定在木板上。固定兩個光滑的滑輪A和B,將繩子打一個結(jié)點O,每個鉤碼的質(zhì)量相等。調(diào)整鉤碼個數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到平衡。（1）實驗過程中必須要記錄下列哪些數(shù)據(jù) A．O點位置每組鉤碼的個數(shù)每個鉤碼的質(zhì)量D．O