2023年全国乙卷物理试题T22-验证力的平行四边形定则-实验题

【原题-22】 1．在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： ①用图钉将白纸固定在水平木板上。 ②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，并 。（多选，填正确答案标号） A.用刻度尺量出橡皮条的长度 B.用刻度尺量出两细线的长度 C.用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D.用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 ③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到 ，由测力计的示数得到拉力的大小，沿细线标记此时的方向。 ④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作和的合成图，得出合力的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力的图示。 ⑤比较和的 ，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 【变式题-基础1】 2．某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F； E．只用一个弹簧测力计，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标号是 和 ； ②遗漏的内容分别是 和 。 【变式题-基础2】 3．“探究力的平行四边形定则”实验如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细线的结点，和为细绳。图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图。 （1）某次实验操作中，与细绳相连的弹簧测力计示数如图丙所示，则读数为 N； （2）实验中，下列操作正确的有 A.本实验采用了“等效替代”的科学研究方法      B.作力的图示时，各力所用的比例标度必须相同 C.两根细绳套间的夹角要尽量大一些            D.标记拉力方向时，要沿细绳方向移动铅笔画出 （3）图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法中正确的是 A.图乙中的F是力F1与F2的合力的理论值，是力F1与F2的合力的实际测量值 B.图乙的是力F1与F2的合力的理论值，F是力F1与F2的合力的实际测量值 C.在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果没有影响 D.在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果有影响 【变式题-基础3】 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。 （1）如图（a），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶静止时电子秤的示数F； （2）如图（b），将三根细线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（c），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。 【变式题-巩固1】 5．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，如图甲所示。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。测力计的示数如图乙所示，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甲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； ①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合 。 ②F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。 【变式题-巩固2】 6．某同学通过下述实验探究两个互成角度的力的合成规律。 实验步骤： ①将弹簧测力计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测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧测力计示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示： F/N 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′。 ④在测力计挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，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，使挂钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB。 完成下列作图和填空： （1）利用表中数据在图丙中画出F-l图线 ，根据图线求得l0= cm。 （2）测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则FOA的大小为 N。 （3）根据给出的标度，在图丁中作出FOA和FOB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。 【变式题-巩固3】 7．某同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，将橡皮筋改为劲度系数为400 N/m的轻质弹簧AA′，将弹簧的一端A′固定在竖直墙面上。不可伸长的细线OA、OB、OC，分别固定在弹簧的A端和弹簧秤甲、乙的挂钩上，其中O为OA、OB、OC三段细线的结点，如图1所示（俯视图）。在实验过程中，保持弹簧AA′伸长0.01m不变。 （1）若OA、OC间夹角为90°，弹簧秤乙的读数是 N。（如图2所示） （2）在（1）问中若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，则弹簧秤甲的读数大小将 ，弹簧秤乙的读数大小将 。 【变式题-提升1】 8．某实验小组用橡皮筋验证力的平行四边形定则，实验步骤如下： ①取三条规格相同的橡皮筋，用刻度尺测量并记录它们的自然长度； ②用弹簧测力计分别将三条橡皮筋拉至相同的长度，若弹簧测力计的示数相同，则继续进行后续实验； ③将三条橡皮筋的一端系在一起，再将其中两条的另一端分别固定在贴有白纸的水平木板上的M、N两点，如图所示；    ④将第三条橡皮筋的另一端P系一细绳，用力拉细绳，使三条橡皮筋的结点静止在某位置，在白纸上将该位置记作O，同时记录三条橡皮筋的方向和长度； ⑤以结点位置O为起点，分别沿OM、ON方向和PO方向作出线段、、，使每条线段的长度与各自对应的橡皮筋的成正比。 ⑥以线段、为邻边作平行四边形，若对角线同线段重合，则说明两个力和它们的合力符合平行四边形定则。 ⑦重复以上实验步骤中的④⑤⑥，多做几次实验。 请完成以下问题 （1）以下说法正确的是 。 A.该实验所选用三条橡皮筋的自然长度要相等 B.步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同 C.步骤④中拉细绳的力可以不与木板平行 D.步骤⑦中多次实验结点静止时的位置O必须在同一位置 （2）将步骤⑤填空中的答案填在答题卡对应的位置上； （3）若第二次实验同第一次相比较，OM、ON夹角不变，OM、OP的夹角变小；橡皮筋OP长度不变，则橡皮筋OM长度 ；则橡皮筋ON长度 。（选填“变大”或“变小”或“不变”） 【变式题-提升2】 9．某实验小组要测量一铁块的重力。由于铁块的重力超过了刻度不清的弹簧秤量程，为不损坏弹簧秤，设计如下实验，可提供选择器材有：一刻度不清的弹簧秤、细线、铁块、白纸、刻度尺、钩码、定滑轮。已知当地重力加速度为g、钩码质量为m0。 该小组利用上述实验器材进行实验： （1）用弹簧秤竖直挂着钩码，如图甲所示，用刻度尺测出钩码静止时弹簧秤中弹簧的伸长量，即指针移动的长度x1，计算出弹簧的劲度系数k= （用m0、g、x1表示）； （2）用弹簧秤与细线互成角度吊起铁块，如图乙所示，静止时测出弹簧秤中弹簧的伸长量x2，可得此时弹簧秤的弹力。 （3）现已在图丙中画出细线OA、OB、OC的拉力方向及OB拉力的大小，并标记结点O。请你在答题卡图丙中用作图法画出OA的拉力 ； （4）用刻度尺量出图丙和对应线段的长度，则可得铁块的重力G。 （5）多次实验，测出铁块的重力，需保证∠AOC ∠BOC（“>”、“<”或“=”），才不会超过弹簧秤量程。 【变式题-提升3】 10．两位同学要做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，实验老师提供给他们的器材有：方木板，白纸、橡皮条（带两个较长的细绳套）、弹簧测力计一只、量角器一个、铅笔、钉若干等。这两位同学根据所给仪器设计了一套新的实验方案，实验步骤如下： （1）用图把白纸固定在木板上，将橡皮条的一端固定在木板上一点A，两个细绳套系在橡皮条的另一端。 （2）用弹簧测力计通过一个细绳套把橡皮条的另一端拉到位置O，并用铅笔在白纸上描下O点，记下弹簧测力计的读数。 （3）在白纸上用量角器作直线OB，使OA与OB的夹角为，然后用弹簧测力计拉住右绳套，同时用手直接拉住左绳套，缓慢调整直到橡皮条另一端 ，且左绳套与OB重合，读出此时弹簧测力计的读数，记录拉力方向OC。 （4）撤去弹簧测力计，在白纸上作出直线OC，用量角器量出OC与OA的夹角，记为θ。 实验结论： ①如果两次测量中弹簧测力计的示数、以及θ之间的应满足关系式= ，则可说明这次实验中两个互成角度的力的合成满足平行四边形定则。 ②此后该同学保持左绳套方向不变的同时缓慢减小OC与OA的夹角θ，只有不断 （填“增大”或“减小”）左手绳套的拉力才能保证橡皮条的伸长量不变。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案： 1． CD##DC 相同位置 大小和方向 【详解】②[1]将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。 故选CD。 ③[2]撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力的大小，沿细线标记此时的方向； ⑤[3]比较和的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 2． F′ B C E C中应加上“记下两条细绳的方向” E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O” 【详解】（1）[1]由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向。 （2）[2]一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故本实验采用等效替代法。 故选B。 （3）[3][4]根据实验的操作步骤可知，有重要遗漏的步骤的标号是C、E。 [5][6]在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。 3． 2.45 AB##BA AC##CA 【详解】（1）[1]弹簧测力计的最小分度为0.1N，需要估读到最小分度值的下一位，故其示数为2.45N。 （2）[2]A．本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法，故A正确； B．作力的图示时，各力所用的比例标度必须相同，这样才能以同一标准进行对比，故B正确； C．两根细绳套的夹角大小适中即可，不是越大越好，故C错误； C．作力的图示时，各力所用的比例标度必须相同，这样才能以同一标准进行对比，故C正确； D．标记力的方向时，只需在线在白纸的投影上点两个点即可，画线是容易移位，故D错误。 故选AB。 （3）[3]AB．实验中F是由平行四边形定则得出的，是F1与F2的合力的理论值，而F'是一根弹簧拉橡皮条得出的，是力F1和F2合力的实际测量值，故A正确，B错误； CD．如果将细绳子换成橡皮条，只是橡皮会伸长，力的大小和方向不会受到影响，故C正确，D错误。 故选AC。 4． 三根细线的方向； 结点O的位置； F和F′在误差允许的范围内重合 【详解】（2）[1]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，也要记录三根细线的方向以及电子称的示数F1； （3）[2]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的位置不能变化，力的方向也不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与（2）中重合，记录电子称的示数F2； （4）[3]根据平行四边形定则作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，若F和F′在误差允许的范围内重合，则平行四边形定则得到验证。 5． 4.0 4.0 0.05 【详解】（1）[1]由图乙可知，该测力计的精度为0.2N，则该读数为4.0N。 （2）①[2]用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合，如图所示 ②[3]用刻度尺量出F合的线段长为20.0 mm，所以F合大小为 [4]F合与拉力F的夹角的正切值为 6． 10.00（9.90～10.10均可） 1.80（1.70～1.90均可） FOO′ 【详解】（1）[1][2]在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图所示 由图可知，图线与横轴的交点为弹簧原长，即l0=10.00cm。 （2）[3]由于橡皮筋的长度 l=OA＋OB=13.60cm 由图1可得F=1.80N，所以 FOA=FOB=F=1.80N （3）[4]利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作出平行四边形，过O点的对角线即为合力F′，如图所示 （4）[5]FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论。 7． 3.00 一直变小 先变小后变大 【详解】（1）[1]根据弹簧秤的读数方法可知，乙的读数为3.00 N。 （2）[2][3]若保持OA与OB的夹角不变，逐渐增大OA与OC的夹角，如图中实线变到虚线，由图可知弹簧秤甲的读数将一直变小，而弹簧秤乙的读数将先变小后变大。 8． AB##BA 变小 变大 【详解】（1）[1]AB．三条橡皮筋的规格相同，自然长度要相等，且劲度系数要相同，步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同，故AB正确； C．拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，故C错误； D．改变拉力，进行多次实验，每次没必要使O点在同一位置，故D错误。 故选AB。 （3）[2][3]若第二次实验同第一次相比较，OM、ON夹角不变，OM、OP的夹角变小；橡皮筋OP长度不变，由平行四边形定则可知，橡皮筋OM长度变小；则橡皮筋ON长度变大。 9． 见详解 【详解】（1）[1]弹簧的劲度系数为 （3）[2]作图法画出如图所示 （5）[3]由数学知识可知只有满足∠AOC>∠BOC，才能保证，才不会超过弹簧秤量程。 10． 再次拉到O点 ## 增大 【详解】（3）[1]在白纸上用量角器作直线OB，使OA与OB的夹角为，然后用弹簧测力计拉住右绳套，同时用手直接拉住左绳套，缓慢调整直到橡皮条另一端再次拉到O点， （4）[2]如果两次测量中弹簧测力计的示数、以及θ之间的应满足关系式 则可说明这次实验中两个互成角度的力的合成满足平行四边形定则。 [3]此后该同学保持左绳套方向不变的同时缓慢减小，即减小，根据 知，OC与OA的夹角θ只有不断增大，左手绳套的拉力才能保证橡皮条的伸长量不变。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$