【物理】2020届一轮复习人教版必修实验：验证力的平行四边形定则作业 8页

实验：验证力的平行四边形定则 作业 ‎1．[2019·宁夏育才中学调研]某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：‎ 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．用两个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，读出两弹簧秤的示数；‎ D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F′；‎ E．只用一弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，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．‎ 上述步骤中：‎ ‎(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________；‎ ‎(2)遗漏的内容分别是________________和_________________．‎ 答案：(1)C　E　(2)C中未记下两条细绳的方向　E中未说明把橡皮条的结点拉到了同一位置O 解析：根据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤序号是C、E；在C中未记下两条绳的方向，而在E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.‎ ‎2．[2019·四川省成都七中模拟]“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．图乙和图丙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图．‎ ‎(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′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)某次实验结果如图丙，图中α和β分别是F1和F2与AO延长线所成的角度，且α＋β<90°.保持F1大小不变，逐渐增大α直到90°，为保证O点位置不变，则在此过程中F2和β的大小应________．‎ A．F2一直增大，β一直增大 B．F2先增大后减小，β一直增大 C．F2一直增大，β先增大后减小 D．F2先增大后减小，β先减小后增大 答案：(1)F′　(2)B　(3)C 解析：(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值，而F′是通过一弹簧秤沿AO方向拉橡皮条，使橡皮条伸长到O点，使得一弹簧秤的拉力与两弹簧秤的拉力效果相同，测量出的是合力，故方向一定沿AO方向的是F′.(2)本实验采用的是等效替代法，B正确．(3)由题意可知：保持结点位置不动，即合力大小方向不变，F1大小不变，根据力的平行四边形定则画出受力分析如图所示，所以由图可知α逐渐变大，即由图中的1到2再到3位置的过程中，F2一直增大，而β先增大后减小，C正确．‎ ‎3．[2019·安徽省皖南八校第一次联考]某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验过程中，他先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳，实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条．‎ ‎(1)关于两次拉伸橡皮条，下列说法正确的是________．‎ A．两次拉伸橡皮条，只要保证橡皮条的形变量相同即可 B．两次拉伸橡皮条后，只需要记录弹簧秤的读数 C．拉伸橡皮条的过程，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 D．用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，细绳的夹角越大越好 ‎(2)某次用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，最后读数时，弹簧秤的示数如图1所示，则甲弹簧秤的示数为________N，乙弹簧秤的示数为________N，将测得的数值在如图2所示的坐标纸上根据所给的标度，作出两个力的图示(两个力的方向已确定)，并从理论上得到两个力的合力F＝________N.‎ 答案：(1)C　(2)2.5　4.0　如图所示　5.0(4.9～5.1均可)‎ 解析：(1)两次拉伸橡皮条，不仅要保证橡皮条的形变量相同，还要保证将橡皮条与绳的结点拉到同一点，A错误；两次拉伸橡皮条后，不仅需要记录弹簧秤的读数，还要记录拉绳的方向，B错误；拉伸橡皮条的过程，要减小测拉力的误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，C正确；用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，细绳的夹角不能太大，也不能太小，D错误．(2)由于弹簧秤的最小分度值为0.2 N，因此两个弹簧秤的读数分别为2.5 N和4.0 N，作出力的平行四边形，得到合力的理论值F＝5.0 N.‎ ‎4．[2019·广东省深圳中学摸底]某实验小组用一弹簧测力计和一量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实 验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2.‎ ‎(1)主要实验步骤如下：‎ Ⅰ.弹簧测力计挂在绳套1上，竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，记下弹簧测力计的示数F；‎ Ⅱ.弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，记下弹簧测力计的示数F1；‎ Ⅲ.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F′1＝________；‎ Ⅳ.比较________，即可初步验证；‎ Ⅴ.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤．‎ ‎(2)保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动90°，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________．(填选项前的序号)‎ A．逐渐增大 B．先增大后减小 C．逐渐减小 D．先减小后增大 答案：(1)F　F1和F′1　(2)D 解析：(1)以结点O为研究对象进行受力分析，所受三个力经平移后可构成一首尾连接的三角形，由数学知识可知，F′1＝Ftan30°＝F；比较F1和F′1的大小和方向关系，即可验证平行四边形定则是否正确．(2)结点位置不变，两绳套的拉力的合力保持不变，绳套2的拉力方向不变，绳套1从题图图示位置向下缓慢转动90°的过程中，由三角形定则可知，绳套1的拉力先减小后增大，D项正确．‎ ‎5．[2017·全国卷Ⅲ]某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴为y轴，最小刻度表示‎1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长．‎ ‎(1)用一只测力计将橡皮筋的P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O，此时拉力 F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为______N.‎ ‎(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2 N和F2＝5.6 N.‎ ‎(ⅰ)用‎5 mm长度的线段表示1 N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力 ‎ F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；‎ ‎　‎ ‎　　　　　　图(a)　　　　　　　　　图(b)‎ ‎(ⅱ)F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为______．‎ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．‎ 答案：(1)4.0　(2)图见解析　4.0　0.05‎ 解析：(1)由题图可知，F的大小为4.0 N；‎ ‎(2)(ⅰ)根据题意画出F1、F2的图示，如图所示，F1用长为‎21 mm的线段表示，F2用长为‎28 mm的线段表示；‎ ‎(ⅱ)根据图示，测得合力F合的长度为‎20 mm，则F合的大小为4.0 N，利用作图法可得，F合与F夹角的正切值为0.05.‎ ‎6．在“探究求合力的方法”的实验中 ‎(1)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 ‎(2)其中的两个步骤是：‎ ‎(ⅰ)在水平放置的木板上垫一张白纸并固定好，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两个弹簧测力计的读数F1和F2.‎ ‎(ⅱ)只用一个弹簧测力计通过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧测力计拉时伸长量一样，记下此时弹簧测力计的读数F和细线的方向．以上两步骤均有疏漏，请指出疏漏之处：‎ 在(ⅰ)中是__________________________________________；‎ 在(ⅱ)中是__________________________________________．‎ ‎(3)在做“互成角度的两个力的合力”的实验中，用M、N两个弹簧测力计拉橡皮条的结点使其位于O处，此时α＋β＝90°，如图所示；然后保持M的读数不变，当α角由图中所示的值减小时，要使结点仍在O处，可采用的办法是(　　)‎ A．增大N的读数，减小β角 B．减小N的读数，减小β角 C．减小N的读数，增大β角 D．增大N的读数，增大β角 答案：(1)B　(2)①没有记录两个弹簧测力计(或者力、细线)的方向　②没有将结点再次拉至O点　(3)B 解析：‎ ‎(1)在“探究求合力的方法”的实验中，所用的科学方法是等效替代法，选项B正确．(2)(ⅰ)中只记录了弹簧测力计示数的大小，没有标出弹簧测力计的方向；(ⅱ)中只用一个力拉时，应该让它与两个力拉时的效果相同，即忘记了将结点再次拉至O点．(3)根据题意，要使结点仍在O处，说明合力仍是不变的，M的大小不变，夹角α减小，由图可知，只能减小N的读数，减小β角的大小，选项B正确．‎ ‎7.‎ ‎(1)如图甲为“探究求合力的方法”的实验装置．小张同学在实验中用a、b两弹簧测力计拉橡皮条，如图甲所示．他在实验操作中除了所用细绳套太短外，至少还有一处错误，请你帮他找出错误之处为______________________．(写出一条即可)‎ ‎(2)小张同学修正错误后，重新进行了测量，在测量时，左、右两只弹簧测力计的读数如图乙所示，则左弹簧测力计的读数是________N，右弹簧测力计的读数是________N．若两根细线的夹角为90°，请你帮他在所给的方格纸(如图丙)上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．‎ ‎(3)小张同学实验后发现用一个弹簧测力计也能完成这个实验，请问他这个想法是否可行？________(填“是”或“否”)．‎ 答案：(1)a弹簧测力计所用拉力太大，或b弹簧测力计拉力方向与细绳方向不一致　(2)2.74(2.75±0.02)　3.28(3.25±0.02)　如图解析所示　(3)是 解析：(1)在该实验中，要正确测量弹力的大小和方向，同时作的平行四边形要大小适中，不能太小，以免增大误差，该同学在实验中的操作错误或不妥之处有：b弹簧测力计拉力方向与细绳方向不一致；a弹簧测力计的拉力太大，用一只弹簧测力计再次实验时可能会超量程．‎ ‎(2)左弹簧测力计的读数是2.74 N，右弹簧测力计的读数是3.28 N．合力的图示如图所示．‎ ‎(3)用一个弹簧测力计也能完成这个实验是可行的，两个分力先后两次测，用弹簧测力计拉其中一个细绳套时，用手拉另一个细绳套，保持结点位置不动，交换测量．‎ ‎8．如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解．A、B为两个相同的双向力传感器，该类型传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．B固定不动并通过光滑铰链连接一直杆，A可沿固定的圆弧形轨道(圆心在O点)移动，A连接一不可伸长的轻绳，轻绳另一端系在杆右端O点构成支架，实验时始终保持杆在水平方向，取重力加速度大小g＝‎10 m/s2，计算结果保留一位有效数字．操作步骤如下：‎ ‎①测量轻绳与水平杆的夹角θ；‎ ‎②对两个传感器进行调零；‎ ‎③用另一根轻绳在O点悬挂一钩码，记录两个传感器的读数；‎ ‎④取下钩码，移动A，改变θ角；‎ ‎⑤重复上述实验步骤，得到的数据记录在表格中.‎ F1/N ‎2.001‎ ‎1.155‎ ‎…‎ ‎1.156‎ ‎2.002‎ F2/N ‎－1.733‎ ‎－0.578‎ ‎…‎ ‎0.579‎ ‎1.734‎ θ ‎30°‎ ‎60°‎ ‎…‎ ‎120°‎ ‎150°‎ ‎(1)根据表格数据可得，A对应的是表中力________(选填“F‎1”‎或“F‎2”‎)，钩码质量为________kg.挂上钩码后，A沿固定轨道移动过程中轻绳AO拉力的最小值为________N.‎ ‎(2)每次改变θ角后都要对传感器进行调零，此操作目的是________．‎ A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．可以完全消除实验的误差 D．消除直杆自身重力对结果的影响 答案：(1)F1　0.1　1　(2)D 解析：(1)由表格数据可知，F1都是正值，传感器受到的都是拉力，因绳子只能提供拉力，故A对应的是表中力F1.当θ＝30°时，对点O受力分析有F1sin30°＝mg，解得m＝‎0.1 kg，当AO方向竖直时，拉力最小，则最小值为F＝mg＝1 N．(2)本实验中多次对传感器进行调零，是为了消除直杆自身重力对结果的影响，故D正确．‎