《高考物理冲刺专题复习（新高考15题）》新高考15题——11、12实验题答案解析

3.0 envi 2025-02-15 14 4 1.41MB 30 页 3知币
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1．验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示。
（1）某同学实验操作步骤如下：
①如图甲所示，把橡皮条的一端固定在板上的 A点，用两条细绳连在橡皮条的另一端，通过
细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到 O点，用铅笔记下 Q
点的位置，并记下两个测力计的读数；
②在纸上按比例作出两个力 FOB、FOC 的图示，用平行四边形定则求出合力 F；
③只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置 O点，记下测力计的读数和
细绳的方向，按同样比例作出这个力 F′的图示（如图乙），比较 F′与用平行四边形定则求得
的合力 F；
④改变 FOB 和FOC 的夹角和大小，重复上述过程。
上述实验过程中有重要遗漏的步骤是　记录两细绳的方向　（填步骤序号）；图乙中，　 F'
（选填“F”或“F′”）力的图线与 AO 延长线重合。
（2）某同学认为在实验过程中必须注意以下几项，你认为正确的有　 AC 　 。
A．拉橡皮条的细绳套适当细一些且长一些
B．实验中把橡皮条结点拉到 O点时，两弹簧测力计之间的夹角为 90°不变，可便于计算合力
C．拉橡皮条时，橡皮细绳和弹簧测力计应贴近且平行于木板
D．两根细绳必须等长，且橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
（3）如图丙，某次测量 FOB、FOC 大小和方向实验过程中发现，FOC 读数几乎满量程，而 FOB 读
数不到量程
一半（两弹簧测力计相同），需要作适当调整，下列做法正确的是　 AB 　 。
A．保持结点 O位置不变、OB 方向不变，OC 逆时针转过一定的角度
B．保持结点 O位置不变，OB、OC 逆时针转过适当的角度
C．适当调整结点 O远离 A，OB 顺时针方向、OC 逆时针方向各转过适当角度
D．适当调整结点 O靠近 A，OB 方向可不变，OC 顺时针方向转过一个角度
【解答】解：（1）本题要利用力的图示作出平行四边形，所以需要知道力的大小与方向，故
步骤①需要记录两细绳的方向；图乙中 F是平行四边形的对角线，为两个分力的理论上的合
力，F′是实际合力，其方向一定在 AO 的延长线的方向上，故选 F′；
（2）A．细线更细更长一些可使力的方向记录的更精确，故 A正确；
B．合力的计算是通过作图的方式，实验过程中不要求夹角是 90°，故 B错误；
C．橡皮条、细绳和弹簧测力计应与木板平行可以减小弹力大小的偶然误差，使实验更精确，
故C正确；
D．实验中两细绳不必要等长，为了保证实验结果的普适性，两细绳的夹角与橡皮条的角度关
系应多样化，故 D错误。
故选：AC；
（3）A．保持结点的位置不变，即合力不变，OB 方向不变，当 OC 逆时针旋转一定的角度，
FOC 变小并可以满足平行四边形定则，故 A正确；
B．保持结点 O的位置不变，即合力不变，OB、OC 均逆时针旋转一定的角度，FOC 变小并可
以满足平行四边形定则，故 B正确；
C．适当调整结点 O远离 A，则合力增大，OB 顺时针方向、OC 逆时针方向各转过适当角度，
此时 OB、OC 拉力均增大，由于 FOC 已经满量程，此种情况不成立，故 C错误；
D．适当调整结点 O靠近 A，则合力减小，OB 方向不变、当 OC 顺时针方向转过适当角度，
满足平行四边形定则，FOC 不一定变小，故 D错误。
故选：AB。
故答案为：（1）①；F′；（2）AC；（3）AB。
2．长郡中学物理兴趣小组做“验证力的平行四边形定则”实验。
（1）图 15 是实验装置，将橡皮条一端固定在长木板上，另一端与两根细绳相连，两细绳的另
一端分别有一个绳套，实验时，先用两个弹簧测力计平行于木板拉绳套，将橡皮条与细绳的
结点拉到 O点，其中拉 OC 细绳的弹簧测力计指针位置如图 15 所示，其读数为　 2.60 　 N；根
据记录的两个弹簧测力计的示数 F1、F2和各自的方向，作出这两个力的图示，并用作图法作
1
出两个力的合力 F；再用一个弹簧测力计拉橡皮条，也使结点到 0点，记录这时弹赞测力计的
示数和方向，并作出这个力的图示 F′，图 16 中的 F与Fα 两力中，方向一定沿 A0 方向的是
F′ 　 ；
（2）关于实验中的一些要点，下列说法正确的是　 ABC 　 。
A．分力和合力的大小都不能超过弹簧测力计的量程
B．测量同一组数据 F1、F2和合力 F的过程中，橡皮条与细绳结点的位置不能变化
C．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置 0时，拉力要适当大些
D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同﹣﹣细绳方向的两点要近些
（3）在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，用 M、N两个弹簧测力计拉橡皮条使其结
点位于 0处，此时 a+β＝90°，如图 17 所示，然后保持弹簧测力计 N的方向不变，当 a角由图
17 中所示的值减小时，要使结点仍在 0处，则两弹簧测力计的读数中　 A 　 。
A．M的读数增大，N的读数减小
B．M的读数减小，N的读数减小
C．M的读数先增大后减小，N的读数一直减小
D．M的读数一直减小，N的读数先增大后减小
【解答】解：（1）弹簧秤最小刻度为 0.1N，则弹簧秤的读数为 2.60N。
用一根弹簧秤拉橡皮筋时，拉力的方向与橡皮筋在同一条直线上，可知方向一定沿 AO 方向的
是F′。
（2）A、实验时，拉力的大小不能太小，也不能太大，分力和合力都不能超过弹簧测力计的
量程，故 A正确。
B、为了产生相同的效果，橡皮条与细绳结点的位置不能变化，故 B正确。
C、橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置 0时，拉力要适当大些，故 C正确。
D、拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故 D错误。
故选：ABC。
（3）该题本质上考查了物体的动态平衡，由题意可知：保持 D点位置不动，即合力大小方向
不变，弹簧测力计 N的方向不变，因此根据要求作出力的平行四边形定则，画出受力分析图
如下：
所以由图可知 α角逐渐变小时，M的示数在增大，N的示数减小，故 A正确。
故选：A。
故答案为：（1）2.60，F′，（2）ABC，（3）A。
3．将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原
粗弹簧（记为 A）劲度系数为 k1，原细弹簧（记为 B）劲度系数为 k2、套成的新弹簧（记为
C）劲度系数为 k3．关于 k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想：
甲同学：和电阻并联相似，可能是
1
k3
=1
k1
+1
k2
乙同学：和电阻串联相似，可能是 k3＝k1+k2
丙同学：可能是 k3
¿k1+k2
2
（1）为了验证猜想，同学们设计了相应的实验（装置见图甲）．
（2）简要实验步骤如下，请完成相应填空．
a．将弹簧 A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧 A的自然长度 L0；
b．在弹簧 A的下端挂上钩码，记下钩码的个数”、每个钩码的质量 m和当地的重力加速度大
小g，并用刻度尺测量弹簧的长度 L1；
c．由 F＝　 nmg 　 计算弹簧的弹力，由 x＝L1L﹣0计算弹簧的伸长量，由 k
¿F
x
计算弹簧的劲
度系数；
d．改变　钩码的个数　，重复实验步骤 b、c，并求出弹簧 A的劲度系数的平均值 k1；e．仅
将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧 B、C的劲度系数的平均值 k2、k3．比
较k1，k2、k3并得出结论．
（3）图乙是实验得到的图线，由此可以判断　乙　同学的猜想正确．
2
【解答】解：（2）根据共点力平衡可知：F＝nmg
改变钩码的个数，重复实验
（3）有图可知：k1
¿kA=F
x=2.5
0.1 N/m=25 N/m
k2
¿kB=F
x=1.5
0.04 N/m=37.5 N/m
，k3
¿kC=5
0.08 N/m=62.5 N/m
故满足 k3＝k1+k2，故乙正确
故答案为：（2）nmg，钩码的个数；（3）乙
4．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，
弹簧轴线和刻度尺都在竖直方向上。弹簧自然悬挂，待弹簧静止时，长度记为 L0；弹簧下端挂
上砝码盘时，长度记为 Lx。
（1）在砝码盘中每次增加 20g 砝码，弹簧长度依次记为 L1至L6，数据如表：
弹簧长度 L0LxL1L2L3L4L5L6
数值（cm）6.15 7.13 9.10 11.05 13.01 15.0 16.93 18.83
表中 有 一 个 数 值 记 录 不 规 范 ，代 表 符 号 为 　 L 4　 （ 填
“L0”、“Lx”、“L1”、“L2”、“L3”、“L4”、“L5”、或“L6”）。
（2）该同学根据表中部分数据作的图如图所示，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与　 L 0
（填“L0”或“Lx”）。
（3）由图可知弹簧的劲度系数为　 10 　 N/m（结果保留两位有效数字，取重力加速度大小 g
＝9.8m/s2）。
【解答】解：（1）弹簧自然悬挂，待弹簧稳定时，长度记为 L0．用刻度尺测量长度时读数应
估计到最小分度的下一位，可知 L4 读数不规范，没有估读一位。
（2）图像中质量为 0时，x＝0.5×1.96×10 2﹣cm＝0.98cm，所以横轴是弹簧的长度与弹簧未挂
上砝码时弹簧长度 L0的差值；
（3）根据胡克定律公式△F＝k x△，有 k
N/m＝10N/m
答：（1）L4，（2）L0，（3）10
5．在探究弹力和弹簧伸长量的关系实验中，由于弹簧自身重力的影响，弹簧平放时的长度与竖
直悬挂时的长度有明显不同。
（1）先将弹簧平放在桌面上，如图甲所示，用刻度尺测得弹簧的长度为 L0，弹簧左端与刻度
尺0刻线对齐，右端对应刻度尺的读数如图乙所示，则 L0＝　 1.15 　 cm。
（2）将弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧的一侧，
并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上，如图丙所示。当弹簧自然下垂时，将指针指示的
刻度值记为 L1；弹簧下端挂一个 50g 的钩码时，指针指示的刻度值记为 L2；弹簧下端挂两个
50g 的钩码时，指针指示的刻度值记为 L3；……；测量记录如表。
代表符号L1L2L3L4L5L6
刻度值/cm 1.70 3.40 5.10 6.85 8.60 10.30
借鉴力学实验中常用的“逐差法”处理实验数据，能够减小因为长度测量带来的误差，每增
加50g 钩码，弹簧平均伸长量增加△L，则△L＝　
(L6+L5+L4)−(L3+L2+L1)
9
　（用表
格中的符号表示）。
（3）弹簧的劲度系数 k＝　 28.4 　 N/m（g取9.8m/s2，保留3位有效数字）。
（4）弹簧自身的重力 G0＝　 0.156 　 N（保留3位有效数字）。
3
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