高考物理沪科版新课程一轮复习高效演练创新预测验证力的平行四边形定则 Word版含解析

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高效演练·创新预测
1.在“验证平行四边形定则”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图1)。

实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。

(1)某同学在做实验时认为
A.拉橡皮条的细绳套要尽量短些
B.分力F1和F2的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时，橡皮条、细绳套和测力计应平行于木板
D.橡皮条弹性要好，拉力越大越好
其中正确的是___________(填入相应的字母)。

(2)如图2所示，为A、B两个同学在做力的合成实验时得到的结果，其中F′为用一个弹簧测力计时的拉力，可以断定其中___________ 同学的实验结果比较符合实验事实。

(3)若两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则______(选填“能”或“不能”)用一个量程为5 N的弹簧
测力计测量出它们的合力，理由
是____________________________________________
【解析】(1)选C。

细绳的长度太短，记录的力的方向偏差会大些，选项A错误；根据橡皮条长度，纸板大小，考虑到要作平行四边形，弹簧测力计的示数应适当大些即可，两个分力的夹角不是越大越好，选项B错误；作图时，我们是在白纸中作图，作出的是水平力的图示，若拉力倾斜，则作出图的方向与实际力的方向有较大差别，故应使各力尽量与木板面平行，否则会造成误差，选项C正确；拉力适当即可，并不是越大越好，选项D错误。

(2)实验中F是由平行四边形得出的，而F′是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮条的方向相同，而由于实验过程不可避免会存在误差，因此理论值F的方向与竖直方向总要有一定夹角，所以A比较符合实验事实。

(3)两力均为4 N，且拉力的方向相互垂直，则其合力大小为F=4 N ≈5.7 N>
5 N，两个力的合力超过了弹簧测力计的量程，故弹簧测力计无法测出物体所受的合力，故不能使用。

答案：(1)C (2) A
(3) 不能两个力的合力已经超出了弹簧测力计的量程
【加固训练】
“验证力的平行四边形定则”的装置如图甲所示，实验步骤如下：
①橡皮条的一端固定在A点，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F的大小和方向；
④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F；
⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F3；
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30°、45°、90°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)实验记录纸如图乙所示，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：F1=3.0 N、F2=3.5 N，请根据图中给出的标度作出F1和F2的合力，测得合力F=_________ N(保留两位有效数字)
(3)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。

(4)实验中，使橡皮条伸长到O位置，这时两个力F1、F2与OA夹角分别为α、β，如图丙所示，F1与F2间的夹角为锐角，现保持F2大小不变，β角减小一些，并仍保持橡皮条伸长到O位置，下列说法中可能发生的是______。

A.α减小，F1增大
B.α不变，F1增大
C.α增大，F1增大
D.α增大，F1减小
【解析】(1)合力方向不需要在F1、F2的角平分线上，选项A错误；两细绳拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定两绳间夹角取30°、45°、90°等特殊角度，选项B错误；细绳的作用是能显示出力的方向，所以不必等长，选项C错误；同时改变两个弹簧测力计的拉力，结点可能保持在位置O1，选项D正确。

(2)根据平行四边形定则求F2与F1的合力，作图如下，测得合力F=4.0 N。

(3)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。

(4)如图所示，
保持F2大小不变，β角减小一些，并仍保持橡皮条伸长到O位置，F1一定增大，但是α角可以增大，可以不变，也可以减小，选项A、B、C 正确，D错误。

答案：(1)D (2)4.0 (3)不必 (4)A、B、C
2.(2019·聊城模拟)某实验小组用如图所示的器材验证“力的平行四边形定则”。

在水平的圆形桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中，滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。

步骤如下：
A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，调整滑轮P2、P3位置并使结点O 静止；
B.在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点为起点，用同一标度作出三个拉力的图示；
C.以绕过滑轮P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度；
D.检验对角线的长度和绕过滑轮P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一条直线上。

(1)第一次实验中，若一根绳挂的钩码质量为m，另一根绳挂的钩码质量为2m，则第三根绳所挂的钩码质量M应满足关系。

(2)第二次实验时，改变滑轮P2、P3的位置和相应绳上钩码的数量，使结点平衡，绳的结点_________(选填“必须”或“不必”)与第一次实验中白纸上描下的O点重合。

实验中，若桌面倾斜，_________(选填“会”或“不会”)影响实验的结论。

【解析】 (1)若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则两绳子的拉力分别为：mg、2mg，两绳不共线，两绳子拉力的合力F的范围是：2mg-mg<F<2mg+mg，即mg<F<3mg；三力的合力为零，则第三根绳拉力范围为mg<F3<3mg，第三根绳挂的钩码质量m<M<3m。

(2)本实验不是先用一根绳拉，然后用两根绳去拉，使一根绳拉的作用效果与两根绳拉的作用效果相同，而是三根绳都直接拉O点，所以O 点的位置可以改变。

若桌面不水平，绳中拉力仍等于钩码重力，对实验以及实验结论无影响。

答案：(1)m<M<3m (2)不必不会
【加固训练】
某同学在家中做“验证力的平行四边形定则”实验。

实验器材有橡皮筋、小铁块、
轻弹簧、细线、直尺、废圆表盘。

实验步骤如下：
①在弹簧下挂小铁块，弹簧伸长6.0 cm。

②将表盘竖直固定，橡皮筋上端固定在表盘的“12”处，下端拴上两根细线套a、b，先用弹簧竖直向下拉线套a，使橡皮筋下端至表盘中心O点处，此时弹簧伸长了10.0 cm。

此时拉皮筋的力记为F。

③再将小铁块挂在线套b上，并将其搭在表盘“4”处的光滑钉子上，用弹簧拉线套a，调整弹簧拉力的大小和方向，使皮筋下端到达O点时，线套a正好经过“7”处，此时弹簧伸长了8.2 cm，将弹簧的拉力记为F1，铁块的拉力记为F2。

④以F1、F2两力为邻边作出平行四边形，若其对角线对应的力F′与F 的偏差在误差允许范围内，则该同学验证了力的平行四边形定则。

请回答下列问题：
(1)实验中为什么第二次拉橡皮筋时也使其下端到达O点？_____
(2)该同学取弹簧伸长2 cm为单位力长度，过O点作出了力F的图示，请你在图中再画出F1、F2和F′力的图示。

【解析】(1)为了保证两次拉皮筋的力效果相同，则第二次拉橡皮筋时也使其下端到达O点；
(2)如图，因铁块的拉力使弹簧伸长6 cm，则对应的力F2为3个单位；弹簧伸长8.2 cm时对应的力F1为4.1个单位，则受力图如图：
答案：(1)保证两次拉皮筋的力效果相同(2)见解析
3.用如图的实验装置来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的木圆盘竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以在圆盘边缘移动。

实验步骤如下：
(1)三段绳子各悬挂一定数目的等质量的钩码，调整滑轮在木板上的位置，使系统静止不动。

(2)调节滑轮的位置，使得圆心位于绳子的节点O处，记录三段绳子所挂钩码个数以及三段绳子的______。

(3)根据记录数据做力的图示F A、F B、F C。

(4)以F A、F B为邻边，画出平行四边形，如果______与平行四边形的对角线近似共线等长，则在实验误差允许的范围内，验证了力的平行四边形定则。

(5)改变每段绳子上挂的钩码个数和滑轮位置，重新实验。

(6)你认为本实验中有没有必要测钩码的重力？答_________(选填“有”或“没有”)。

【解析】(2)由于力是矢量，所以一定需要记录三段绳子所挂钩码个数以及三段绳子的方向；(4)以F A、F B为邻边，画出平行四边形，如果F A、F B所夹的对角线与F C近似共线等长，说明F A、F B所夹的对角线表示的力即为F A、F B的合力；
(6)实验中钩码都是相同的，一个钩码受到的重力为一个单位力，只要计钩码的个数即可，故不需要测量钩码的重力。

答案：(2)方向(4)F C(6)没有
4.一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。

世纪金榜导学号
(1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶
___________时电子秤的示数F。

(2)如图乙，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。

水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O 的位置、_________________和电子秤的示数F1。

(3)如图丙，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上。

手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使________________和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。

(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若____________________，则平行四边形定则得到验证。

【解析】(1)要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤的示数F。

(2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1。

(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O 的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2。

(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差允许范围内重合，则平行四边形定则得到验证。

答案：(1)静止(2)三细线的方向(3)结点O的位置
(4)F和F′在误差允许范围内重合
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