20202021年高三物理考点专项突破验证平行四边形定则pdf含解析

2020-2021年高三物理考点专项突破：验证平行四边形定则1.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1mm）的纸贴在桌面上，如图（a）所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分除外），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=4.2N和F2=5.6N。（i）用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，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）F1、F2和F合如图所示（Ⅱ）4.00.05【解析】：（1）由图b可知每大格之间有5个小格弹簧测力计的最小分度为0.2N，则读数为4.0N。（2）根据比例用圆规作图，结合平行四边形定则作出图如右图所示，根据几何关系可得合力大小为：225.65.6(4.2)()4.022N当然，可以直接从作出的图上读出，F合力与F的夹角正切值为：5.64.2-322=-15.642计算结果为0.05.2．(2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________。A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是________。【答案】：(1)BC(2)B【解析】：(1)根据平行四边形定则可知，两细绳套拉力的合力不一定沿两细绳套夹角的角平分线，故A错误。同次实验中，橡皮条结点O的位置应相同，不同次实验结点O的位置可以不同，故B正确。为减小弹簧测力计摩擦和误差，施力方向应沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度，故C正确。合力可以比分力大，也可以比分力小，故D错误。(2)为了提高实验精度，测力计读数应适当大一些，标度应适当小一些，两分力夹角适当大一些（60度—80度），标注细线方向的两点离结点应适当远一些。故选B。3．(2019·重庆南开中学模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某小组的主要实验步骤如下：A．将一张白纸用图钉固定在水平木板上，然后将橡皮条的一端固定在水平木板上的A点，另一端系上两根细绳套，先用两个弹簧测力计分别勾住绳套，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，如图所示；B．用铅笔描下结点的位置O，并记录弹簧测力计的读数和两根细绳套的方向，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则作图求出合力F；C．只用一个弹簧测力计，记下弹簧测力计的读数F′和细绳方向；D．比较F′与F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同。根据实验步骤，请完成下列有关内容。(1)实验步骤C缺少的实验内容是____________________________________________。(2)如图所示，初始时刻∠BOC90°，保持结点O的位置不动，OB绳方向不变，将OC绳逆时针旋转至水平，则FOB________，FOC________。(填力大小的变化情况)【答案】：(1)将结点拉到位置O(2)增大先减小再增大【解析】：(1)实验步骤C中应将结点拉到位置O位置。(2)对点O受力分析如上图所示，保持结点O的位置及OB绳方向不变，其中橡皮条长度不变，其拉力大小方向都不变，则OB的拉力一直增大，OC的拉力先减小后增大。4．(2019·聊城二模)在验证力的平行四边形定则的实验中，某同学进行的实验步骤是：a．如图甲所示，将橡皮筋的一端固定在木板上的A点，另一端栓上两根绳套，每根绳套分别连着一个弹簧测力计；b．沿着两个方向拉弹簧测力计，将橡皮筋的活动端拉到某一位置，将此位置标记为O点，读取此时弹簧测力计的示数，分别记录两个拉力F1、F2的大小，用笔在两绳的拉力方向上分别标记B、C两点，并分别将其与O点连接，表示两力的方向；c．再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向。(1)步骤b、c中，都将橡皮筋的活动端拉至O点，这样做的目的是_____________________。(2)图乙是在白纸上根据实验数据作出的力的图示，其中________是F1和F2合力的实际测量值。(3)某次测量如图丙所示，两个弹簧测力计M、N的拉力方向互相垂直，即α＋β＝90°。若保持弹簧测力计M的示数不变，当角α由图中所示的值逐渐减小时，要使橡皮筋的活动端仍在O点，可采用的办法是________。A．增大N的示数，减小β角B．减小N的示数，减小β角C．减小N的示数，增大β角D．增大N的示数，增大β角【答案】：(1)使F与F1、F2共同作用的效果相同(2)F(3)B【解析】：(1)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点，这样做的目的是与F1、F2共同作用的效果相同，体现等效替代的方法。(2)F1和F2合力的实际测量值是用一根弹簧测力计拉的，故F是F1和F2合力的实际测量值。(3)保持O点位置不动，画出受力分析图如上图所示，合力大小方向不变，弹簧测力计M的读数不变，由图可知α角逐渐变小时，N的示数减小，同时β角减小。5.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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图。(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)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(3)实验时，主要的步骤是：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，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是______和______；②遗漏的内容分别是__________________和_____________________________。【答案】：（1）F（2）B（3）CE记下两条细绳的方向把橡皮条的接点拉到同一位置O点【解析】：（1）F是1F和2F的合力，F是一个弹簧测力拉的沿竖直方向，故F沿AO方向；（2）本实验采用的方法是等效替代法；（3）根据平行四边形定则，可知本实验中，需要记录力的大小和方向，故遗漏的是C、E内容主要是记下两条细绳的方向和把橡皮条的接点拉到同一位置O点。6.(2015·安徽高考)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：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________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⑥F与F3【解析】：由实验原理可知③用铅笔点出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线(画拉力的方向)，目的是得到同两分力产生相同效果的这个力的方向。⑥F与F3作比较目的是比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实际的力是否一致，即可验证力的平行四边形定则。7．(1)甲、乙和丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”的实验，所用弹簧测力计的量程为0～5N，他们都把橡皮筋的一端固定在木板上的A点，橡皮筋的另一端通过细绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点，如图所示，此时细绳都与木板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小。甲同学实验中的F1和F2的方向互相垂直，F1＝2.8N、F2＝3.5N；乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30°，F1＝F2＝4.0N；丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120°，F1＝F2＝4.0N。这三位同学中操作不合适的是哪一位？并说明原因______。(2)若丁同学对本实验进行改进，设置如图所示的实验装置，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。在实验操作过程中，改变拉力，重复多次实验时，要求O点______(“一定”或“不一定”)静止在同一位置。在某次实验中，若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出两条解决办法：①_____________________________________________，②_________________________________________。【答案】：（1）乙两力的合力已经超出弹簧的测量范围（2）不一定减小M的质量减小OA与竖直方向之间的夹角【解析】：(1)由两分力的大小及对应的角度可得其合力的大小，故可知乙同学实验中F1、F2的合力已超出弹簧测力计的量程，所以操作不合适的是乙同学。(2)改进后的实验装置中，因合力不变，故O点的位置不一定要静止在同一点。若弹簧测力计A的指针稍超出量程，可以减小合力的大小，即减小M的质量，或者减小OA与竖直方向之间的夹角，使弹簧测力计A处于量程以内。8．(2016·浙江高考)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图甲所示，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：(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是______N(图乙中所示)，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)3.00(3.00～3.02均正确)4.00(3.90～4.10均正确)(2)变大变大【解析】：(1)根据胡克定律，则有：F