2020年高考物理一轮复习验证力的平行四边形定则(实验增分课)

1、第 12 课时验证力的平行四边形定则( (实验增分课) ) /EEd实验基础全知晓 一、 实验目的 i 验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。 2学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。 二、 实验原理 等效思想：使一个力 F 的作用效果和两个力 FiFi和 F2的作用效果相同， 都是使同一条 一端固定的橡皮条伸长到同一点 0,即伸长量相同，所以力 F 为力FiFi和力 F2的合力，作 出力 F 的图示，再根据平行四边形定则作出力 Fi和 F2的合力 F 的图示，比较 F、F在 实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。 三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计 ( (两个)、橡皮条

2、、细绳套( (两个)、三角板、刻度尺、图钉、 铅笔。 谨记部分器材用途 方木板 用来固定白纸和橡皮条的一端 细绳套 用来挂住弹簧测力计 四、 实验步骤 1. 仪器安装 (1) 按实验原理装置图所示，用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。 (2) 用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 2. 测量与记录 (1) 用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸 长到某一位置 0,记录两弹簧测力计的读数 F1、F2，用铅笔描下 0 点的位置及此时两细绳 的方向。 (2) 只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 0,记下弹簧测力

3、计的读数 F 和细绳的方向。 (3) 改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。 五、 数据处理 1. 用铅笔和刻度尺从结点 0 沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测 力计的拉力 Fi和 F2的图示，并以 Fi和 F2为邻边用刻度尺作平行四边形， 过 0 点画平行四 边形的对角线，此对角线即为合力 F 的图示。 2. 用刻度尺从 0 点按同样的标度沿细绳的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计的 拉力 F 的图示。 3比较 F 与 F 是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。 六、 误差分析 1 读数误差 减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在条件允许的情况下，尽

4、量大一些。读数时眼 睛一定要平视，要按有效数字的读数规则正确地读数和记录。 2.作图误差 减小作图误差的方法： 作图时两力的对边一定要平行， 两个分力 Fi、F2间的夹角越大， 用平行四边形作出的合力 F 的误差AF就越大，所以实验中不要把 Fi、F2间的夹角取得太 大。 七、 注意事项 1. 位置不变 在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。 2. 角度合适 用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时， 其夹角不宜太小， 也不宜太大， 以 60 100之间为宜。 3. 尽量减小误差 (1) 在合力不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内，形变应尽量大一些。 (2) 细绳套应适

5、当长一些，便于确定力的方向。 4. 统一标度 在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示 稍大一些。 皿回常规考法掌握牢 考法一实验原理与操作 1. 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 与 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 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

6、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 0,记录下 0 点的位置，读出两个弹簧测力计的示数 Fl和 F2； 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 Fi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 F , 记下细绳的方向，按同一标度作出 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

7、。上述步骤中：有重要 遗漏的步骤的序号是 _ 和 _ ； _ 应补充的内容分别是 _ 和_ 。 解析：( (1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至 0 点的拉力一定沿 A0 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 A0 方向，故一定沿 A0 方向的是 F 。 (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，所以 本实验采用的科学方法是等效替代法， B 正确。 (3) 根据“验证力的平行四边形定则 ”实验的操作步骤可知，有重要遗漏的步骤的序 号是 C、E。在 C 中应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 0。 答案：(1)F

8、(2)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 0” B.等效替代法 C 控制变量法 2. (2019 郑州模拟) )某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋， 并利用 A A / / 如下实验器材验证平行四边形定则：刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白 / 纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板。实验方案如下: 将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连， 测出橡皮筋的原长; 将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的 重物，使重物自然下垂，如图甲所示; 将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的 (1) 为完成本实验，下列还必须测量的物理量为 A .小重物的质量 B.细

9、绳的长度 C .图甲中 OA 段橡皮筋的长度 D .图乙中 OA 和 0B 段橡皮筋的长度 (2) 在完成本实验的过程中，必须注意的事项是 A 橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同 B.图乙中 A、B 两点必须等高 C 图乙中连接小重物的细绳必须在 D .记录图甲中 0 点的位置和 E.记录图乙中 0 点的位置和 OA、0B 的方向 (3) _ 若钉子位置固定，利用现有器材改变实验效果，可采用的方法是 _ 。 解析： (1)橡皮筋遵循胡克定律，要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到 橡皮筋的伸长量，根据拉力大小与伸长量成正比作力的图示。为了使两次实验效果相同， 必须记下题图甲中 0A 段橡

10、皮筋的长度、 题图乙中 0A 和 0B 段橡皮筋的长度作参照， 故选 C、 D。 (2) 橡皮筋连接的细绳要稍微长些，并非要求等长， A 错误;题图乙中 A、 B 两点不用 必须等高， B 错误;题图乙中连接小重物的细绳可以在 0A、 0B 夹角的角平分线上，也可 以不在，C 错误；题图甲中 0 点的位置和 0A 的方向不需要记录，D 错误；为得出 0A、0B 中拉力的合力，需要记录题图乙中 0 点的位置和 0A、0B 的方向，E 正确。 (3) 在钉子位置不变的情况下，要改变实验效果，只有改变小重物的质量，故可采用的 方法是更换小重物。 答案： (1)CD (2)E (3) 更换小重物 易错

11、提醒 验证力的平行四边形定则实验的注意点 A 点，在橡皮筋的中点 0 用细绳系住 B 点，如图乙所示。 _ 。 (填选项前字母 ) _ 。 (填选项前字母 ) 0A、 0B 夹角的角平分线上 0A 的方向 用两个弹簧测力计拉橡皮条时的 “三记录 ”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结 点 0 的位置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条时的 “二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向 ) 及“一注意”(结点 0 的位置必须相同 )。 考法二 数据处理和误差分析 3. 在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学将橡皮筋的一端固定于 P 点，用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到 0 点，记下拉力 F合的大小

12、和方向。 （1）改用两只弹簧测力计拉橡皮筋，记下两个分力，如图甲所示，请指出图中两处操作 错误： _ 纠正错误后，记下两分力 Fi、F2的大小和方向，如图乙所示，用力的图示法在纸上 画出表示三个力的箭头，以表示 F!和 F2的线段为邻边作平行四边形，由图可得， F!和 F2 的合力 F = _ N（结果保留两位有效数字）。 （3）在图乙中，表示 F合的线段不在平行四边形的对角线上， 上述实验误差产生的原因可 能有（写出两个原因）： _ 解析：（1）两处错误是：橡皮筋的端点没有再次回到 0 点；拴在橡皮筋上的两细绳套太 短。 由题图乙可得，根据平行四边形定则作出的 Fi和 F2的合力即平行四边形

13、的对角线， 由对角线长度与力的标度长度关系解得 F - 4.3 N。 误差原因：力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确等。 答案：（1）橡皮筋的端点没有再次回到 0 点；拴在橡皮筋上的两细绳套太短 （2）4.3 力的测量有误差；作图不准确；力的方向记录不准确等 （任选两个） 4. （2017 全国卷川）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 （a）所示。将橡皮 筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点（位于图示部分之外），另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡 皮筋处于原长。 P

14、 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 0,此时拉力 F 的大小可 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 0 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 = 4.2 N 和 F2= 5.6 N。 （i ）用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 0 为作用点，在图（a）中画出力 F?的图 示，然后按平行四边形定则画出它们的合力 F 合;（1）用一只测力计将橡皮筋的 由测力计读出。测力计的示数如图 （b）所示，F 的大小为 （2）撤去（1）中的拉力，橡皮筋 甲 图00 图 (ii )F合的大小为

15、_ 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。 解析：( (1)由测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N。 (2)( i )利用平行四边形定则作图，如图所示。 (ii )由图可知 F合=4.0 N， 从 F合的顶点向 x 轴和 y 轴分别作垂线， 顶点的横坐标对应 长度为 1 mm，顶点的纵坐标长度为 20 mm，则可得出 F合与拉力 F 的夹角的正切值为 0.05。 答案：( (1)4.0 (2)( i )见解析图 ( (ii )4.0 0.05 例 1 (2019 昆明检测)

16、 )某学校实验小组设计了一个“验证力的 平行四边形定则”的实验，装置如图甲所示，在竖直放置的木板上 部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定 滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接 的结点 O 下方悬挂钩码，力传感器 1、2 的示数分别为 F1、F2，调 量均为 100 g,取 g= 9.8 m/s2。 - F n 1 i 1 lai 1 . . rl Ii ifn j 2 .i i 1 Ii 1 . Jy * /; J * X X if r $ 筋少 7Fa J ll. 1 I.U if /J NO. 创新考法迁移好 叩 节两个定滑轮的位置可以改变两细绳

17、间的夹角。实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质 (1)关于实验，下列说法正确的是 _ 。 A 实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内 B.每次实验都必须保证结点位于 O 点 C 实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三根细绳的方向 D 实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于 O 点的钩码受到的总重力 (2)根据某次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求 画出了 F2,如图乙所示，请你作图得到 F2的合力 F(只作 图，不求大小) )，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因o 三步化新”为熟” 1.分析实验目的： 验证力的平行四边形定则。 2.确定实验原理： 利用两个力传感器测出两

18、根细绳的拉力，钩码所受的重力等于第三 根细绳的拉力，通过作图验证这三个力的关系。 3.制疋数据处理方案： 应用平行四边形定则作出两根细绳的拉力的合力，判断此合力 和第三根细绳的拉力的关系。 解析(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内， 以保证细绳中的拉力等于 钩码所受重力，选项 A 正确；该装置中结点的位置对实验结果无影响，每次实验不需要保 证结点位于 0 点，选项 B 错误；实验时需要记录钩码数量、两力传 感器的示数和三根细绳的方向， 选项 C 正确；悬挂于 0 点的钩码受 到的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项 D 错误。 (2)作出的合力 F 如图所示。该合

19、力不完全在竖直方向的可能原 因是：定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。 答案(1)AC (2)见解析图 定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等 例 2某实验小组用一支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，设计了如图所示的实验装置，固定在 竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的 圆心 0 的正上方 A 处，另一端系绳套 1 和绳套 2。 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 0 点处，记下弹 簧测力计的示数 F ； 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 0 处，此时绳套 1 沿 0。方向，绳套 2 沿 120。方向，记下弹簧测力计的示数 F; 根据力的平行四边形定则可得绳套 1 的拉力大小为 _ ； 比较 _ ，即可初步验证； 只改变绳套 2 的方向，重复上述实验步骤。 将绳套 1 由 0。方向缓慢转动到 60。方向，同时绳套 2 由 120 方向缓慢转动到 180 方 向，此过程中保持橡皮筋的结点在 0 处不动，保持绳套 1 和绳套 2 的夹角 120不变，关于 绳套 1 的拉力大小的变化，下列结论正确的是 _ 。 B.先增大后减小 D .先