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2018版高考物理一轮复习第2章相互作用实验3验证力的平行四边形定则模拟

时间:2017-07-27


实验 3 验证力的平行四边形定则

1. (2016·浙江理综)某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中, 测得图中弹簧

OC 的劲度系数为 500N/m。如图 1 所示,用弹簧 OC 和弹簧秤 a、b 做“探究求合力的方法”实
验。在保持弹簧伸长 1.00cm 不变的条件下。 导学号 51342232

>(1)若弹簧秤 a、b 间夹角为 90°,弹簧秤 a 的读数是__3.00(3.00~3.02)__N(图 2 中所 示),则弹簧秤 b 的读数可能为__4.00(3.90~4.10)__N。 (2)若弹簧秤 a、b 间夹角大于 90°,保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变,减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角, 则弹簧秤 a 的读数__变大__、 弹簧秤 b 的读数__变大__(填“变大”、 “变 小”或“不变”)。 [解析] (1)弹簧秤 a 的读数是 3.00N;弹簧 OC 的拉力 F=kx=500×1.00×10 N=
2 2 -2

5.00N, 则弹簧秤 b 的读数可能为 5.00 -3.00 N=4.00N。 (2)若弹簧秤 a、 b 间夹角大于 90°, 保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 夹角不变,减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角,由力的平行四边形定则 和力的图示可知,弹簧秤 a 的读数变大,弹簧秤 b 的读数变大。 2. (2015·山东理综)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。导学号 51342233

实验步骤: ①将弹簧秤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秤的秤钩上, 另一端用圆珠笔尖竖直向下拉, 直到弹簧秤示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为 O1、O2,记录弹簧秤的示数 F, 测量并记录 O1、O2 间的距离(即橡皮筋的长度 l)。每次将弹簧秤示数改变 0.50 N,测出所对 应的 l,部分数据如下表所示:

F(N)

0

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50
1

l(cm)

l0

10.97

12.02

13.00

13.98

15.05

③找出②中 F=2.50 N 时橡 皮筋两端的位置,重新标记为 O、O′,橡皮筋的拉力记为

FO O′。
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) 利用表中数据在图丙中画出 F - l 图线,根据图线求得 l0 = __10.0(9.8、9.9、10.1 均正确)__cm。

(2)测得 OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则 FOA 的大小为__1.80__N。 (3)根据给出的标度,在图丁中作出 FOA 和 FOB 的合力 F′的图示。

(4)通过比较 F′与__FOO′__的大小和方向,即可得出实验结论。 [答案] (1)如图甲所示 (3)如图乙所示

[解析] (1)作出 F-l 图象,求得直线的截距即为 l0,可得 l0=10.0 cm。

2

ΔF 1 (2)可计算弹簧的劲度系数为 k= = N/m=50 N/m; 若 OA=6.00 cm, OB=7.60 cm, Δ x 0.02 则弹簧的弹力 F=kΔ l=50×(6.00+7.60-10.0)×10
-2

N=1.8 N;则此时 FOA=F=1.8 N;

(3)图略;(4)通过比较 F′和 FOO′的大小和方向,可得出实验结论。 3. (2015·安徽理综)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: 导学号 51342234

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(套)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 和 F2 的合力 F; ⑥比较__F 和 F3__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 后再次进行实验。 [答案] ③见解析 [解析] ③沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线。 ⑥为了验证力的平行四边形定则,需比较合力 F 与拉力 F3 的一致程度。 4. (2017·海南文昌中学期中)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,该型号传感器在受到拉力时读数为正,受到压 力时读数为负。A 连接质量不计的细绳,可沿固定的板做圆弧形移动。B 固定不动,通过光滑 铰链连接长 0.3m 的杆。将细绳连接在杆右端 O 点构成支架。保持杆在水平方向,按如下步骤 操作: 导学号 51342235

①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ ;
3

②对两个传感器进行调零; ③用另一根绳在 O 点悬挂一个钩码,记录两个传感器的读数; ④取下钩码,移动传感器 A 改变 θ 角。 重复上述实验步骤,得到下表 。

F1/N F2/N
θ

1.001 -0.868 30°

0.580 -0.291 60°

? ? ?

1.002 0.865 150°

? ? ?

(1) 根据表格数据, A 传 感器对应的是表中力 __F1__( 填“F1”或“F2”),钩码质量为 __0.05__kg(保留一位有效数字)。 (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是( C ) A.因为事先忘记调零 B.何时调零对实验结果没有影响 C.为了消除横杆自身重力对结果的影响 D.可以完全消除实验的误差 (3)某次操作中,有同学使用相同器材做实验,但将传感器调零后再接上支架,其后按① ③④步骤重复实验,得到下表,则表格空缺处数据应接近__0.637__。

F1/N F2/N
θ

1.103 ? 30° ? 60°

? ? ?

[解析] (1)传感器在受到拉力时读数为 正,A 传感器读数为正,故为拉力,相当于 1 2 F1;当 θ =30°时,由点 O 受力平衡可得,竖直方向上有 F1sin30°=mg,故 m=1.001× 10 kg≈0.05kg。 (2)横 杆自身重力会对实验结果造成影响,故应多次调零,故选 C。 1 (3) 设 杆 自 重 为 G , 以 B 为 转 轴 可 知 F1sin30°×L - G×L = 0.05×10N×L , 2

F′1sin60°×L- G×L=0.05×10N×L,解得 F1′≈0.637N。
5 . (2016· 天 津 一 中 模 拟 ) 在 “ 验 证 共 点 力 合 成 ” 实 验 中 , 其 中 的 两 个 步 骤 是 导学号 51342236 a. 在水平放置的木板上垫一张白纸, 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, 使它与细线的结点达到某一位置 O 点, 在白纸上记下 O 点的位置和两个弹簧测力计的读数 F1 和 F2; b. 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
4

1 2

量一样,记下此时弹簧测力计的读数 F3 和细线的方向。 以上两步骤均有错误或疏漏,指出错在哪里。 在 a 中是__未记下 F1 和 F2 的方向__; 在 b 中是__只使橡 皮条的伸长量与用两个弹簧测力计拉时伸长量一样;而未将结点拉到 同一位置 O__。 [解析] 实验中我们需要根据两个分力的大小和方向作平行四边形,因此该实验中需要 记录两个分力的大小和方向,所以 a 中的疏漏是:未记下 F1 和 F2 的方向;为了保证两次的作 用效果相同,我们要把结点拉到相同的位置 O,所以 b 中的错误是:只使橡皮条的伸长量与 用两个弹簧测力计拉时伸长量一样,而未将结点拉到同一位置 O。 6.(2016· 江苏盐城统考)为验证力的平行四边形定则,某同学将环形橡皮筋挂在弹簧 测力计挂钩上, 用力拉使弹簧测力计上的读数为 2.00N 时, 将橡皮筋两端的位置画在白纸上, 记为 O、O′,选择合适的标度,作出橡皮筋拉 力的大小和方向,记为 FOO′,如图甲所示。接 着他在挂钩和两支圆珠笔上涂抹少许润滑油, 用两支圆珠笔和挂钩将环形橡皮筋拉成三角形, 使挂钩的下端仍到达 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,如图乙所示。再将环形橡皮筋剪断,测得其所受的拉力 F 与长度 l 之间的关 系,如图丙所示。完成下列问题: 导学号 51342237

(1)测得 OA=6.10cm,OB=8.20cm,AB=10.70cm,则 FOA 的大小为__1.50__N; (2)选择相同的标度,下列按比例作出的 FOA 和 FOB 的合力 F′的图示正确的是__C__;

(3)通过比较 F′与__FOO′__的大小和方向,即可得出实验结论。 [解析] (1)因为是一根橡皮筋,FOA=FOB,L=OA+OB+AB=25.00cm,根据图象可以得

出,FOA=FOB=1.50N。 (2)因为 FOA=FOB,由平行四边形定则可知,C 正确。 (3)F′是根据平行四边形定则得出的合力的测量值,合力的测量值要和合力的真实值

FOO′来比较,进而验证平行四边形定则。
5


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