高考物理實(shí)驗(yàn)增分創(chuàng)新版能力練實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)3a

1．(2016·浙江高考)某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m。如圖甲所示，用彈簧OC和彈簧秤a、b做“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)。在保持彈簧伸長1.00cm不變的條件下，(1)若彈簧秤a、b間夾角為90°，彈簧秤a的讀數(shù)是________N(圖乙中所示)，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)________，彈簧秤b的讀數(shù)________。(均填“變大”“變小”或“不變”)答案(1)3.00(3.00～3.02)4.00(3.90～4.10)(2)變大變大解析(1)彈簧秤的讀數(shù)應(yīng)注意估讀，由題圖乙可知彈簧秤a的讀數(shù)為3.00N。由題意知彈簧OC的彈力大小FOC＝kx＝5N，即彈簧秤a、b的合力大小應(yīng)當(dāng)?shù)扔?N，因?yàn)樗鼈冎g的夾角為90°，當(dāng)a的讀數(shù)為3.00N時(shí)，b的讀數(shù)理論值應(yīng)為4.00N。(2)對O點(diǎn)受力分析，作力的矢量三角形如圖所示，保證O點(diǎn)不動的前提下，彈簧OC的拉力為定值，在彈簧秤a、b夾角大于90°的前提條件下，若讓彈簧秤b與OC夾角減小，由圖可知彈簧秤a的拉力應(yīng)該變大，b的拉力也變大。2．(2017·全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O。此時(shí)拉力F的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為________N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)，現(xiàn)使用兩個(gè)測力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1＝4.2N和F2＝5.6N。①用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；圖(a)圖(b)②F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為________。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案(1)4.0(2)①圖見解析②4.00.05解析(1)由題給測力計(jì)示數(shù)可知，讀數(shù)為4.0N。(2)作圖，F(xiàn)2長度為28mm，F(xiàn)1長度為21mm，平行四邊形如圖，量出合力長度約為20mm，大小代表4.0N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長度，其比值就是F合與拉力F的夾角的正切值。3.為了探索彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，小明同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測試，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示圖象。則：(1)圖象不過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是__________________________。(2)從圖象上看，該同學(xué)沒能完全按實(shí)驗(yàn)要求做，而使圖象上端成曲線，圖象上端彎曲的原因是_____________________________。(3)若將重為2N的物體分別掛在兩彈簧的下端，則彈簧甲的伸長量為________m，彈簧乙的伸長量為________m。答案(1)彈簧不是輕質(zhì)的，重力不能忽略(2)已超過彈簧的彈性限度(3)5×10－23×10－2解析(1)由題圖看出，在不掛鉤碼的情況下兩彈簧均有2×10－2m的伸長量，說明兩彈簧均不是輕質(zhì)的，在自身重力作用下就會有一定的伸長量。(2)由胡克定律可知，在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力的大小F與其伸長(或壓縮)的長度x成正比，因此，題圖中圖象上端成曲線說明彈簧已經(jīng)超出了彈性限度。(3)由圖可知，當(dāng)鉤碼重量為2N時(shí)，對應(yīng)的縱坐標(biāo)分別為5cm和3cm，所以彈簧甲的伸長量為5×10－2m，乙的伸長量為3×10－2m。4．(2017·河北武邑中學(xué)質(zhì)檢)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”。彈簧測力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M，彈簧測力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和細(xì)線的方向。(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N。(2)下列實(shí)驗(yàn)要求不必要的是________(填選項(xiàng)前對應(yīng)的字母)。A．應(yīng)測量重物M所受的重力B．彈簧測力計(jì)應(yīng)在使用前校零C．細(xì)線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)某次實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程，請你提出兩個(gè)解決辦法。答案(1)3.6(2)D(3)①減小彈簧測力計(jì)B的拉力；②將重物M換為較輕的物體(或?qū)椈蓽y力計(jì)A更換成較大量程的彈簧測力計(jì)、改變彈簧測力計(jì)B拉力的方向等)。解析(1)由題圖知，彈簧測力計(jì)A的分度值為0.2N，讀數(shù)為3.6N。(2)驗(yàn)證力的平行四邊形定則，一定要正確記錄合力與兩個(gè)分力的大小與方向，多次實(shí)驗(yàn)應(yīng)改變結(jié)點(diǎn)位置，D錯；M所受的重力大小等于合力大小，A對；測量前彈簧測力計(jì)校零后才能測量準(zhǔn)確，B對；細(xì)線方向與木板平行才能保證力在木板平面內(nèi)，C對。(3)對O點(diǎn)受力分析如圖所示，可見減小FOA可調(diào)節(jié)FOB的大小或方向，也可將重物換為較輕的物體等。5．(2015·山東高考)某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)步驟：①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。②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(shí)，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N時(shí)橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′。④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(shí)拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn)，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。完成下列作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出F-l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm。(2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，則FOA的大小為________N。(3)根據(jù)給出的標(biāo)度，在下圖中作出FOA和FOB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(shí)驗(yàn)結(jié)論。答案(1)見解析圖丙10.0(9.8、9.9、10.1均正確)(2)1.80(1.70～1.90均正確)(3)見解析圖丁(4)FOO′解析(1)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，用平滑的曲線(直線)將各點(diǎn)連接起來，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。如圖丙所示，由圖線可知與橫軸的交點(diǎn)l0＝10.0cm。(2)橡皮筋的長度l＝OA＋OB＝13.60cm，由圖丙可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N。(3)利用給出的標(biāo)度作出FOA和FOB的圖示，然后以FOA和FOB為鄰邊的平行四邊形，對角線即為合力F′，如圖丁。(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB兩個(gè)力的作用效果相同，F(xiàn)′是FOA、FOB兩個(gè)力的合力，所以只要比較F′和FOO′的大小和方向，即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。6．(2016·山東昌樂檢測)某課外科技活動小組學(xué)習(xí)了平行四邊形定則后，利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置研究“力的合成與分解”，如圖所示A、B為兩個(gè)相同的雙向力傳感器，該型號傳感器在受到拉力時(shí)讀數(shù)為正，受到壓力時(shí)讀數(shù)為負(fù)。A連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩，可沿固定的板做圓弧形移動。B固定不動，通過光滑鉸鏈連接長0.3m的桿，將細(xì)繩連接在桿右端O點(diǎn)構(gòu)成支架，保持桿在水平方向，按如下步驟操作：①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB＝θ；②對兩個(gè)傳感器進(jìn)行調(diào)零；③用另一繩在O點(diǎn)懸掛一個(gè)鉤碼，記錄兩個(gè)傳感器讀數(shù)；④取下鉤碼，移動傳感器A改變θ角重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，得到如下表格。F14.0042.320…4.008…F2－3.472－1.164…3.460…θ30°60°…150°…(1)根據(jù)表格，A傳感器對應(yīng)的表中力為________(填“F1”或“F2”)，鉤碼質(zhì)量為________kg(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)。(2)本實(shí)驗(yàn)中多次對傳感器進(jìn)行調(diào)零，對此操作說明正確的是________。A．因?yàn)槭孪韧浟苏{(diào)零B．何時(shí)調(diào)零對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響C．為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響D．可以完全消除實(shí)驗(yàn)的誤差答案(1)F10.2(2)C解析(1)A傳感器中的力均為正值，故A傳感器對應(yīng)的是表中力F1，平衡時(shí)，mg＝F1sinθ，當(dāng)θ＝30°時(shí)，F(xiàn)1＝4.004N，可求得m≈0.2kg。(2)在掛鉤碼之前，對傳感器進(jìn)行調(diào)零，目的是消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響，故C正確。7．(2017·安徽舒城檢測)在探究“彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時(shí)，小明同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將該彈簧豎直懸掛，在自由端掛上砝碼盤，通過改變盤中砝碼的質(zhì)量，用刻度尺測出彈簧對應(yīng)的長度，測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456砝碼質(zhì)量m/g0306090120150彈簧的長度x/cm6.007.148.349.4810.6411.79(1)小明同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上用描點(diǎn)法畫出x-m圖象如圖乙所示，根據(jù)圖象他得出結(jié)論：彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系，而是一次函數(shù)關(guān)系。他結(jié)論錯誤的原因是：_________________________________________________________。(2)作出的圖線與坐標(biāo)系縱軸有一截距，其物理意義是：________________，該彈簧的勁度系數(shù)k＝______N/m(取g＝10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。(3)請你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與考慮砝碼盤的質(zhì)量相比，結(jié)果________。(填“偏大”“偏小”或“相同”)答案(1)x-m圖象的縱坐標(biāo)不是彈簧的伸長量(2)未加砝碼時(shí)