《2025年高考帮高中物理》

4.[实验方案的创新/2024 辽宁沈阳名校联考]某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计的实验装置如图. 固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心$O$的正上方$A$点，另一端系绳套 1 和绳套 2.

(1)实验步骤如下：
①弹簧测力计挂在绳套 1 上，竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达$O$点，记下弹簧测力计的示数$F$；
②弹簧测力计挂在绳套 1 上，手拉着绳套 2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达$O$点，此时绳套 1 沿$0^{\circ}$方向，绳套 2 沿$120^{\circ}$方向，此时弹簧测力计的示数为$F_{1}$；
③根据力的平行四边形定则计算绳套 1 和绳套 2 的合力$F' =$_______；
④比较_______，即可初步验证力的平行四边形定则.
(2)将绳套 1 由$0^{\circ}$方向缓慢转动到$60^{\circ}$方向，同时绳套 2 沿$120^{\circ}$方向不变，此过程中保持橡皮筋的结点在$O$点不动，关于绳套 1 的拉力大小的变化，下列结论正确的是________.
A. 逐渐增大
B. 先增大后减小
C. 逐渐减小
D. 先减小后增大

答案：
4.
(1) $\sqrt{3}F_1$ F和F'在误差允许的范围内相同
(2) D 解析：
(1) ③根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力为$F_1 = F'\tan30^{\circ}=\frac{\sqrt{3}}{3}F'$，则绳套1和绳套2的合力$F'=\sqrt{3}F_1$。 ④比较F和F'，若在误差允许的范围内相同，即可初步验证力的平行四边形定则。
(2) 两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出图像，如图所示，根据图像可知，绳套1的拉力先减小后增大，绳套2的拉力大小逐渐减小，故D正确，A、B、C错误。