（全国通用）2018年高考物理 考点一遍过 专题08 实验：验证平行四边形定则（含解析）.doc

专题08 实验：验证平行四边形定则一、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60100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：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。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。某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计a挂于固定点p，下端用细线挂一重物m。弹簧测力计b的一端用细线系于o点，手持另一端向左拉，使结点o静止在某位置。分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录o点的位置和拉线的方向。（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为n，图中a的示数为_n。（2）下列不必要的实验要求是_。（请填写选项前对应的字母）a应测量重物m所受的重力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（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计a的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。【参考答案】（1）3.6（2）d（3）减小弹簧测力计b的拉力；减小重物m的质量（或将a更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计b拉力的方向等）。（3）对o点受力分析如图所示，可见若减小foa，可调节fob的大小或方向、调节oa方向或减小物重g等。1如图所示，某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子a、b上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为o，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。（1）为完成该实验，下述操作中必需的是_。a测量细绳的长度b测量橡皮筋的原长c测量悬挂重物后橡皮筋的长度d记录悬挂重物后结点o的位置（2）钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_。【答案】（1）bcd（2）更换不同的小重物2在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。（1）某同学认为在此过程中必须注意以下几项：a两根细绳必须等长b橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上c在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行d在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等e在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置其中正确的是_（填入相应的字母）。（2）“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1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力的示意图。图乙中的f与f两力中，方向一定沿ao方向的是_。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建立物理模型法丙 （3）某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力f1和f2，图中小正方形的边长表示2 n，两力的合力用f表示，f1、f2与f的夹角分别为1和2，关于f1、f2与f、1和2关系正确的有_。af1=4 n bf=12 nc1=45 d12，所以选项bc正确。1某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”。三条细绳结于o点分别与两弹簧测力计和钩码相接。（1）实验步骤如下：a弹簧测力计a挂于固定在竖直木板上的p点；b结点o下的细线挂钩码c；c手持弹簧测力计b缓慢向左拉，使结点o静止在某位置；d记下钩码质量、结点o的位置、读出并记录弹簧测力计a和b的示数、记录_。（2）在实验过程中下列哪些情况对实验结果产生误差的是_（选填选项前的字母）。a木板不竖直ba弹簧测力计外壳的重力cb弹簧测力计的拉力方向没有保持水平d改变弹簧测力计b拉力进行多次实验时，结点o的位置发生变化2（1）在探究求合力的方法时，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测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。下列说法正确的是_。a两次拉伸橡皮条，不需将橡皮条沿相同方向拉到相同长度b两次拉伸橡皮条，需将橡皮条和绳的结点拉到相同位置c拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些d弹簧测力计、细绳、橡皮条都要与木板平行3（1）探究合力和分力的关系的实验原理是等效性原理，其等效性是指_。a使两分力与合力满足平行四边形定则b使两次橡皮筋伸长的长度相等c使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点o重合d使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变（2）如图所示，弹簧测力计的示数为_ n。4某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧测力计通过细线悬吊一个钩码；当钩码静止时，弹簧测力计的示数为2.00 n；再用两个弹簧测力计a和b通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊，其中b弹簧测力计一端固定，a弹簧测力计所拉细线如图1所示水平向左，当钩码静止时，b弹簧测力计的示数如图2所示。（1）图2中b弹簧测力计的示数为_n；可求出a弹簧测力计的拉力为_n；（2）保持a弹簧测力计及其所拉的细绳方向不变，将b及其所拉的细绳以o为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转到竖直方向，在此过程中，b的示数_。（选填“变大”、“变小”或“不变”）5（1）在做“探究求合力的方法”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，另一端系上两根带绳套的细绳。实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套把橡皮条的一端拉到某一确定的o点，则下列说法中正确的是_。a两根细绳必须等长b同一次实验中，o点位置不允许变动c实验中，把橡皮条的另一端拉到o点时，两个弹簧测力计之间的夹角必须取90d本实验采用的科学方法是等效替代法（2）某同学用劲度系数为500 n/m的 弹簧oc代替橡皮条做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下：若弹簧测力计a、b间夹角为90，弹簧测力计a的读数是_n（图2中所示），则弹簧测力计b的读数可能为_n。若弹簧测力计a、b间夹角大于90，保持弹簧测力计a与弹簧oc的夹角不变，减小弹簧测力计b与弹簧oc的夹角，则弹簧测力计b的读数_（填“变大”、“变小”或“不变”）。6实验小组的同学利用弹簧测力计在水平放置的方木板上做“验证共点力的合成规律的实验”。（1）同学们用坐标纸记下某次橡皮筋的结点位置o以及两弹簧测力计施加的拉力的大小和方向，如图所示。图中每个正方形小格边长均表示1.0 n，利用作图法可知f1与f2的合力大小为_n。（结果保留两位有效数字）（2）实验时，第一次用两个弹簧测力计、第二次用气一个弹簧测力计将橡皮筋的结点拉到同一位置，其目的是为了_。（3）不改变测力计1的示数f1的大小，逐渐减小两个弹簧测力之间的夹角。为使结点o位置保待不变，则另一测力计2的示数将_ （填“增大”、“减小”或“不变”）。7某同学用如图所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计b挂于竖直木板上的固定点c，下端用细线挂一重物m，如图示，手持弹簧测力计a拉结点o。分别读出弹簧测力计a和b的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录o点的位置和拉线的方向。（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为n，图中b的示数为_ n。（2）下列关于实验要求不正确的是_。a拉线方向应与木板平面平行b弹簧测力计应在使用前调零c改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向d与弹簧相连的细绳应尽量短些（3）该同学改变夹角做第二次实验时结点o的位置发生了改变，两测力计拉力的合力将_（填“不变”或“改变”）。8在“力的合成的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮筋的一端固定于p点，用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到o点，记下拉力f合的大小和方向。（1）改用两只弹簧测力计拉伸橡皮筋，记下两个分力，如图1所示。请指出图中两处操作错误。_。（2）纠正错误后，记下两分力f1、f2的大小和方向。如图2所示，用力的图示法在纸上画出表示三个力的箭头，以表示f1和f2的线段为邻边作平行四边形，由图可得，f1和f2的合力f=_n。（3）在图2中，表示f合的线段不在平行四边形的对角线上，上述实验误差产生的原因可能有哪些？（写出两个原因）_ _9在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学按照如下步骤进行操作：a在桌上放一块方木板，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，在橡皮条的另一端检上两条细绳形成结点，细绳的另一端系着绳套；c如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置o，记录结点位置和两个弹賛测力计的示数、两根细绳的方向；d按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力f1和f2的图示，并以f1和f2为邻边作平行四边形，画出它们所夹的对角线。e只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条， ；并按同一标度作出这个力f的图示；f比较和f的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。把步骤e中的内容补充完整_。本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程，主要体现了下列哪种科学方法_。a理想实验法 b等效替代法 c控制变量法 d建立物理模型法下列操作有利于减小实验误差的是_ （填字母代号）。a实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计b拴在橡皮条上的两条细绳必须等长，并且要尽量长一些c弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行d用两弹賛测力计同时拉橡皮条时，两弹簧测力计的示数之差应尽可能大e在记录力的方向时，标记同一细绳方向的两点要远些图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示，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_。若小明和小刚两位同学在家中想验证力的平行四边形定则，他们手中有一些弹性橡皮条（弹力满足胡克定律，劲度系数为k）。如图丙所示，他们将三根橡皮条的一端系在一起，另一端分别系上细线，仍保证橡皮条原长相同，测得原长l0=5.40 cm。接下来把贴有白纸的木板放在水平桌面上，两人合作平行于纸面分别通过细线拉三根橡皮条至某一长度（在弹性限度内），保持状态不变；如图丁所示，记录此时结点位置和三个橡皮条另一端的位置，量出三个端点到结点o的距离分别为l1=9.20 cm、l2=8.40 cm、l3=7.50 cm，请根据他们的实验过程和记录的数据作出验证力的平行四边形定则的图示，并说明是如何验证的。10（2017新课标卷）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，然后按平形四边形定则画出它们的合力f合；（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。11（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：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。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)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中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。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fl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。12（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：用铅笔描下结点位置，记为o；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；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，_；按照力的图示要求，作出拉力f1、f2、f3；根据力的平行四边形定则作出f1、f2的合力f；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。13（2014江苏卷）小明通过实验验证力的平行四边形定则。（1）实验记录纸如甲图所示，o点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，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；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力f3的方向过p3点。三个力的大小分别为：f1=3.30 n、f2=3.85 n和f3=4.25 n。请根据图中给出的标度作图求出f1和f2的合力。甲（2）仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如乙图所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于o点，下端n挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动n，在白纸上记录下n的轨迹。重复上述过程，再次记录下n的轨迹。两次实验记录的轨迹如丙图所示，过o点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力fa、fb的大小关系为 。 乙 丙（3）根据（2）中的实验，可以得出的实验结果有哪些? （填写选项前的字母）a橡皮筋的长度与受到的拉力成正比b两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长c两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大d两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大（4）根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。 。14（2012浙江卷）在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计。（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表。用作图法求得该弹簧的劲度系数k =_n/m；弹力f(n)0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x(102 m)0.741.802.803.724.685.586.42（2）某次实验中，弹簧的指针位置如图所示，其读数为_n，同时利用（3）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 n，请在答题纸上画出这两个共点力的合力f合；（3）由图得到f合=_n。1（1）三条细绳的方向（拉力的方向） （2）ad【解析】（1）记下钩码质量、结点o的位置、读出并记录弹簧测力计a和b的示数、记录三条细绳的方向（拉力的方向）。（2）重力的方向是竖直的，所以木板要竖直，否则不好作图，对实验有影响，故a正确；弹簧测力计外壳的重力并没有作用在弹簧上，不会造成误差，故b错误；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，但不一定要水平，不会产生误差，故c错误；改变弹簧测力计b拉力进行多次实验时，结点o的位置发生变化对实验没有影响，同一次实验时，o点位置不变，故d正确。2（1）bd【解析】本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则，即研究合力与分力的关系。根据合力与分力是等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同，a错误、b正确；即两次拉伸橡皮条，需将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，故ab正确；为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故c错误； 测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，故d正确。故选bd。3（1）c （2）4.004（1）2.50 1.50 （2）变小【解析】（1）图2中b弹簧测力计的示数为2.50 n；可求出a弹簧测力计的拉力为；（2）根据力的平衡知识可得： ，则当角减小到零时fb减小。5（1）bd （2）3.003.02（有效数要求） 3.94.1（有效数不作要求） 变大【解析】（1）此实验中两根细绳没必要必须等长，选项a错误；同一次实验中，o点位置不允许变动，以保证力的等效性，选项b正确；实验中，把橡皮条的另一端拉到o点时，两个弹簧测力计之间的夹角大小适当即可，没必要必须取90，选项c错误；本实验采用的科学方法是等效替代法，选项d正确；故选bd。（2）根据胡克定律可知，f=kx=5000.01=5 n；根据弹簧测力计的读数方法可知，a的读数为3.00 n；两弹簧测力计夹角为90，则可知，b的读数为：；（3）若弹簧测力计a、b间夹角大于90，保持弹簧测力计a与弹簧oc的夹角不变，减小弹簧测力计b与弹簧oc的夹角；如图所示；则可知两弹簧测力计的示数均变大。6（1）6.5 n （2）使力的作用效果相同 （3）减小【解析】（1）以表示两力的线段作为邻边作平行四边形，平行四边形的对角线是两力的合力，合力如图所示，图中每个正方形小格边长均代表1.0 n，f1与f2的合力大小：f6.5 n；（2）使合力与两个分力同时作用时的作用效果相同。（3）结点o位置保待不变，合力不变，不改变测力计1的示数f1的大小，逐渐减小两个弹簧测力之间的夹角，如下图所示，以o点为圆心，f1为半径的圆弧上各点到f顶点的距离逐渐减小，测力计2的示数将减小。7（1）3.433.47 （2）d （3）不变8（1）橡皮筋的端点没有再次回到o点 拴在橡皮筋上的细绳套太短 （2） 4.5 （3）力的测量有误差 作图不准确 力的方向记录不准确等【解析】（1）两处错误是：橡皮筋的端点没有再次回到o点；拴在橡皮筋上的细绳套太短；（2）由图可得，f1和f2的合力f=4.5 n；（3）误差原因：力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确等。9（1）把橡皮条的结点拉到同一位置o，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向 （2）b （3）ace （4）实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计，这样可减小实验读数的误差，选项a正确；拴在橡皮条上的两条细绳不一定必须等长，但要尽量长一些，以便于记录方向，选项b错误；弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，以减小实验误差，选项c正确；用两弹賛测力计同时拉橡皮条时，两弹簧测力计的示数之差不一定要尽可能大，选项d错误；在记录力的