2021高考物理一轮复习实验三验证力的平行四边形定则题型突破练含解析

-1-实验三验证力的平行四边形定则热点一教材原型实验【典例1】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的A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，让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、F2，____________________；(3)只用一个弹簧测力计，_________________________________，记录测力计的示数F′，沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把相应的点连成直线；(4)图乙是某同学在白纸上根据实验结果画出的图，图中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是_________；(5)某次实验时，一同学得到力F1的方向沿图丙中OP方向，力F2的方向沿图中OM方向，两个分力的大小分别为F1=2.0N、F2=2.4N，请根据图中标示的单位长度作出F1、F2的合力F；(6)根据作图可得F1、F2的合力大小为F=_________N(结果保留2位有效数字)。【解析】(2)记录两个弹簧测力计的示数F1、F2，沿细绳OB、OC的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把相应的点连成直线；(3)只用一个弹簧测力计，将细绳(套)的结点拉到O点；(4)图中的F与F′两力中，F是根据平行四边形法则画出的合力的理论值，F′是实际值，则方向一定沿AO方向的是F′；(5)作出F1、F2的合力F如图所示；(6)根据作图可得F1、F2的合力大小为F=3.8N。-2-答案：(2)沿细绳OB、OC的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把相应的点连成直线(3)将细绳(套)的结点拉到O点(4)F′(5)见解析(6)3.8【解题通法】解答此类实验要掌握以下四个要素热点二创新型实验器材创新【典例2】如图所示，某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动。B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作：①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ②对两个传感器进行调零③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两传感器的读数④取下钩码，移动传感器A改变θ角重复上述实验步骤，得到表格。F1/N1.0010.580…1.002…F2/N-0.868-0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根据表格数据，A传感器对应的是力______(选填“F1”或“F2”)，钩码质量为______kg(保留一位有效数字)。-3-(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是()A.因为事先忘记调零B.何时调零对实验结果没有影响C.为了消除横杆自身重力对结果的影响D.可以完全消除实验的误差创新点分析(1)力的测量由传感器完成。(2)由重物的拉力的平衡力确定合力。【解析】(1)A传感器中的力均为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg=F1sinθ，当θ=30°时，F1=1.001N，可求得m≈0.05kg。(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确。答案：(1)F10.05(2)C原理创新【典例3】(2019·长沙模拟)小华在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水总质量m=1kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验验证力的平行四边形定则。取重力加速度g=10m/s2，其操作如下：a.如图甲所示，将弹簧P上端固定，让其自然下垂，将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度L1；b.如图乙所示，在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢的拉起弹簧Q，使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°，测出弹簧Q的长度为L2及其轴线与竖直方向夹角为θ。(1)由图可得L1=______cm；(2)则当L2=______cm，θ=______时，就验证了力的平行四边形定则。创新点分析属于【实验原理】的创新，利用了物体平衡条件处理问题。【解析】(1)由图知：刻度尺上1cm之间有10个小格，所以一个小格代表1mm，即刻度尺的分度值为1mm，根据甲图可知，物体的长度为L1=17.50cm。(2)若要验证力的平行四边形定-4-则，则两个弹簧拉力的合力与重力等大反向，根据几何关系可知，若两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等，此时F1=F2=mg，即可验证了力的平行四边形定则；因此L2=17.50cm，θ=60°。答案：(1)17.50(2)17.5060°【创新角度】