高考物理 精做05 实验：验证力的平行四边形定则大题精做 新人教版

精做05 实验：验证力的平行四边形定则1．（2017·新课标全国Ⅲ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。

【答案】（1）4.0 （2）（i）如图（ii）4.0 0.05【解析】（1）由图可知，F的大小为4.0 N。

（2）作力F1、F2的图示，作出合力F合，F合长为20 mm，所以F合大小为4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为0.05。

2．（2016·浙江卷）某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/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1.00 cm不变的条件下。

（1）若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是______N（图2中所示），则弹簧秤b的读数可能为______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________、弹簧秤b的读数_______。

（填“变大”、“变小”或“不变”）【答案】（1）3.01（3.00~3.02均算对） 3.99（3.98~4.00均算对）（有效数不作要求）（2）变大变大【解析】（1）由题图2可知弹簧秤a的读数是F1=3.01 N；因合力为F=kx=500×0.01 N=5 N，两分力的夹角为90°，则另一个分力的大小为F2。

（2）若弹簧秤a、b间的夹角大于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，根据力的平行四边形定则可知，弹簧秤a的读数变大，弹簧秤b 的读数变大。

【名师点睛】要熟练掌握力的平行四边形定则，会用“图解法”画图分析，解答力的动态分析问题。

3．（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：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：③找出②中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新记为O、O'，橡皮筋的拉力记为F OO'。

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F OA，OB段的拉力记为F OB。

完成下列作图和填空：（1）利用表中数据画出F–l图线，根据图线求得l0=_____cm。

（2）测得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则F OA的大小为________N。

（3）根据给出的标度，作出F OA和F OB的合力F'的图示。

（4）通过比较F'与________的大小和方向，即可得出实验结论。

【答案】（1）10.00 （2）1.80 （3）如图（4）F OO'【解析】（1）作出F–l图象，图线的横截距即为l0=10.00 cm。

（2）弹簧的劲度系数为k=Fx∆∆=50 N/m；若OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，则弹簧上的弹力F=kΔl=50×(6.00+7.60–10)×10–2 N=1.80 N。

（4）通过比较F'、F OO'的大小和方向，可得出实验结论。

4．（2014·江苏卷）小明通过实验验证力的平行四边形定则。

（1）实验记录纸如图1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。

（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。

实验装置如图2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图3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F a、F b的大小关系为__________。

（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。

【答案】（1）如图所示 4.7 N（4.6~4.9 N均可）（2）F a=F b（3）BD （4）选用新橡皮筋；橡皮筋拉伸不宜过长。

（4）由上述分析可知，要确保橡皮筋发生弹性形变，因此应注意选用新的弹性较好的橡皮筋，每次橡皮筋的形变要在弹性限度内，即拉伸不宜过长。

5．（2017·河南六市联考）某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧秤通过细线悬吊一个钩码；当钩码静止时，弹簧秤的示数为2.00 N；再用两个弹簧秤a和b通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊其中b弹簧秤一端固定，a弹簧秤所拉细线如图1所示水平向左，驾钩码静止时，b弹簧秤的示数如图2所示。

（1）图2中b弹簧秤的示数为________N；可求出a弹簧秤的拉力为_________N；（2）保持a弹簧秤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至竖直方向的过程中，b的示数_______。

（选填‘‘变大”“变小”或“不变”）【答案】（1）2.50（2.49～2.51） 1.50（1.49～1.51均算对）（2）变小【解析】（1）依据仪器的读数规则，由准确数字和估计数字组成，则b弹簧秤的示数为2.50 N；a弹簧秤的拉力为N=1.5Nf=。

a（2）根据三力平衡特点，利用图解法可知b的示数变小，如图：6．（2017·郑州第三次质量预测）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）。

【答案】（1）6.5 （2）使力的作用效果相同（3）减小【解析】如图所示（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：F≈6.5 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．为了较准确地测量某细线能承受的最大拉力，小聪、小明分别进行了如下实验：小聪在实验室里找到一把弹簧测力计，按图甲所示安装细线和测力计后，他用力缓慢竖直向下拉测力计，直到测力计的示数达到量程（细线没有断裂），读出测力计的示数F，将F记为细线能承受的最大拉力。

小明在实验室里还找到一把刻度尺和一个玩具小熊，接着进行了如下的操作：①用刻度尺测出细线的长度L ，用弹簧测力计测出玩具小熊的重力G ；②按图乙所示安装玩具小熊、细线（玩具小熊系在细线的中点）；③两手捏着细线缓慢向两边移动直到细线断裂，读出此时两手间的水平距离d ；④利用平衡条件算出结果。

在不计细线质量和伸长影响的情况下，请回答：（1）小明算出的细线能承受的最大拉力是________（用L 、G 、d 表示）；_____(填“小聪”或“小明”) 同学的测量结果较准确。

（2）在小明两手捏着细线缓慢向两边移动的过程中，下列说法正确的是________。

A ．细线上的拉力大小不变B ．细线上的拉力大小减小C ．细线上拉力的合力大小不变D ．细线上拉力的合力大小增大【答案】（1 小明 （2）C 【解析】（1）设细绳与竖直方向的夹角为θ，对结点受力分析，由平衡条件有2F cos θ=G ，细线断裂时，cos θ=L，解得F =222()L d -；小聪的实验中，测力计示数达到量程时细线未断裂，细线能承受的最大拉力明显大于测力计的量程，小明的测量结果较准确。

（2）两手捏着细线向两边移动的过程中，d 增大，由F知细线上的拉力逐渐增大，而两绳的合力与玩具小熊的重力等大，即合力不变，选C 。

8．（1）在“探究求合力的方法”的实验中，其中的两个步骤是：①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秤互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细线的结点达到某一位置O 点，在白纸上记下O 点和两个弹簧秤的读数F 1和F 2；②只用一个弹簧秤通过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧秤拉时伸长量一样，记下此时弹簧秤的读数F 和细线的方向。