【解析版】高考物理实验专题特训(3)验证力的平行四边形定则

1、实验三：验证力平行四边形定则实验图示记心中一. 实验目的验证互成角度两个共点力合成时平行四边形定则。学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。二. 实验器材方木板.迪.弹簧测力计（两只）.橡皮条.细绳套（两个）三角板.刻度 尺.图钉（几个）.铅笔。三. 实验步骤与数据处理1. 用图钉把白纸钉在水平桌面方木板上.2. 用图钉把橡皮筋一端固定在A点，橡皮筋另一端拴上两个细绳套.图实一 3！3. 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸 长到某一位置0,如图实-3-1所示，记录两弹簧测力计读数，用铅笔描下0 点位置及此时两细绳套方向.4. 用铅笔和刻度尺从结点0沿两条细绳方向画直

2、线，按选定标度作岀这两 只弹簧测力计读数R和F2图示，并以A和F,为邻边用刻度尺作平行四边形, 过0点画平行四边形对角线，此对角线即为合力F图示.5. 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮筋结点拉到同样位置0,记下弹 簧测力计读数和细绳方向，用刻度尺从0点按同样标度沿记录方向作出这 只弹簧测力计拉力F'图示.6. 比较力F'与用平行四边形定则作出合力F在大小和方向上是否相同.7. 改变两个力F1与F2大小和夹角，再重复实验两次.四. 注意事项1. 不要直接以橡皮筋端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点 为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点0位置.2. 在同一次实验中，

3、使橡皮筋拉长时结点0位置一定要相同.3. 不要用老化橡皮筋，检查方法是用一个弹簧拉橡皮筋，要反复做几次， 使橡皮筋拉到相同长度看弹簧读数有无变化.4. 细绳套应适当长一些，便于确定力方向.不要直接沿细绳套方向画直线。 应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与0点连直 线确定力方向.5. 在同一次实验中，画力图示所选定标度要相同.并且要恰当选取标度， 使所作力图示稍大一些.五. 误差分析本实验误差主要来源除弹簧测力计木身误差外，还有读数误差.作图误 差，因此读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力与 各对边要平行.两个分力F和FJ可夹角0越大，用平行四边形作图得出合

4、 力F误差AF也越大，所以实验中不要把0取得太大，但也不宜太小，以 60°100°之间为宜.考点一实验原理与操作典例1某同学做“验证力平行四边形定则”实验情况如图实3-1甲 所示，其中力为固定橡皮条图钉，。为橡皮条与细绳结点，和0C为细 绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出图。甲图实31(1) 如果没有操作失误，图乙中尸与F两力中，方向一定沿力0方向是(2) 本实验采用科学方法是oA. 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. 用图钉把橡皮条一端固定在板

5、上力点，在橡皮条另一端拴上两条细 绳，细绳另一端系着绳套；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点位置，读出两个弹簧测力计示 数；D. 按选好标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计拉力人和尺图 示，并用平行四边形定则求出合力厲E. 只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧 测力计示数，记下细绳方向，按同一标度作出这个力F图示;F比较F和尸大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：有重要遗漏步骤序号是和；遗漏内容分别是和0答案(1)F(2)B(3)C EC中应加上“记下两条细绳方向” E中应说明“把橡皮条结点拉

6、到同一位置0”考点总结要点谨记1. 实验原理理解对应第12题1用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力F方向一定沿力0方向。2因误差因素读数误差.作图误差等由平行四边形定则作出合 力不一定沿力0方向。3本实验中一个弹簧测力计作用效果与两个弹簧测力计共同作用 效果相同，具有等效替代关系。2. 实验操作步骤对应第3题1保证两次拉橡皮条时结点。完全重合，以保证力斤尺与F存在 作用效果相同。2实验过程中要同时记录弹簧测力计示数及拉力方向。考点二 数据处理与误差分析典例2在“探究求合力方法”实验中，现有木板.白纸.图钉.橡皮 条细绳套和一把弹簧测力计。(1) 为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，

7、得到实验数据如下表：弹力尸(N)0. 501.001.502. 002.503.003. 50伸长量x(10 2 m)0. 741.802.803. 724.605. 586. 42请在图实34中画出图像，并求得该弹簧劲度系数&= N/mo(2) 某次实验中，弹簧测力计指针位置如图实35所示，其读数为N；同时利用(1)中结果获得弹簧上弹力值为2. 50 N,请画出这两个共点力合力尸甌(3)由图得到尸合=尸甲No图实-3-6某次实验中甲乙两位同学得到结果如图实36所示，其中同学实验结果比较符合实验事实(力F是用一只弹簧测力计拉橡 皮条时拉力图示)。(5)在以上实验结果比较符合实验事实一位

8、同学实验中，造成误差主要原因是：(至少写出两种情况)答：答案如图（R所示55（±2内均可）（2）2. 10（说明：有效数字位数正确，±0.02内均可）如图（b）所示（3）3. 4（说明：±0.2内均可）（4）甲（5）尺读数比真实值偏小；确定力方向不准作图不准考点总结要点谨记1. 实验数据处理方法对应第1题1用作图法处理实验数据时，要注意尸轴和x轴标度选择。2连线时要遵循连线原则。3利用&求弹簧劲度系数时，两坐标应尽量远些。 X2. 弹簧测力计读数方法对应第2题1注意弹簧测力计最小格为0. 1 No2弹簧测力计读数要符合有效数字要求，小数点后要有两位有效数字

9、。3. 实验数据处理方法对应第34题1作图时要选好标度。2合力尸合大小要根据所选标度和对角线长度计算得出。4. 实验误差分析对应第5题1理论值不一定沿橡皮条方向，但单个弹簧测力计拉力F 定沿橡皮条方向。2读数不准和作图不准都可能使尸与F不完全重合。考点三实验改进与创新典例3某同学尝试用橡皮筋等器材验证力平行四边形定则，他找 到两条相同橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺.三角板.铅 笔.细绳.口纸.钉子，设计了如下实验。将两条橡皮筋一端与细绳连接， 细绳下挂一重物，两橡皮筋另一端也都连有细绳。实验时，先将两条橡皮 筋一端细绳固定在墙上钉子力上，其中一条橡皮筋任其下垂，如图实311 甲

10、所示，将另一条橡皮筋另一端细绳也固定在墙上钉子方上，如图中乙所 Zj O图实-3-11(1) 为完成实验，下述操作中必需是。a. 两橡皮筋另一端连接细绳乩方长度要相同b. 要测量橡皮筋原长c. 要测量图中甲和乙橡皮筋长度d要记录图中甲橡皮筋结点0位置及过结点。竖直方向e.要记录图中乙橡皮筋结点0位置及过结点0竖直方向(2) 对该实验“两条相同橡皮筋”要求理解正确是oa. 橡皮筋材料和原长相同即可b. 橡皮筋材料和粗细相同即可c. 橡皮筋材料.原长和粗细均要相同答案(l)bce (3)c考点总结要点谨记1. 实验器材创新对应题干部分1橡皮筋替代弹簧测力计。2橡皮筋弹力与其伸长量大小成正比，根据伸

11、长量确定弹力大小 关系。2. 实验原理创新对应第12题两根橡皮筋共同作用效果与一根橡皮筋作用效果均与重物重力等大反 向。，还可以从以下两个方面创新：1使用力传感器一一用力传感器确定各力大小，同时确定细绳中 拉力方向，再结合力图示作图验证平行四边形定则。2钩码一一,替代弹簧测力计随堂训练能力达标练练有提升1. 对于验证力平行四边形定则实验,某同学有以下认识：A. 实验中两个分力夹角取得越大越好B. 细绳以及弹簧秤所在平而必须与木板平行C. 拉橡皮条细绳要长些，用铅笔画出两个定点位置时，应使这两个点 距离尽量远些D. 作图要用细芯铅笔，图比例要尽量大些，要用严格几何作图法作出 平行四边形，图旁要画

12、出表示力比例线段，且注明每个力大小和方向以上操作不可以减小误差是.【答案】A【解析】如果两个分力夹角太大，则合力很小，用平行四边形作图法得 出合力误差也越大，所以实验中不能把夹角取得太大，一般以不大于90°为 最佳,A不可以；为了减小摩擦，橡皮条.细绳.弹簧秤应在同一平而内，且弹 簧秤方向要与拉力方向保持在一条直线上，以免挂钩与秤体之间产生摩 擦,B可以；为了减小力方向误差，橡皮条细绳要长些，标记方向时所画两个点距离要尽量远些,c可以；由于我们画力图示时总是有一定误差,为了减 小画图时产生误差，要用细芯铅笔，画图要适当大一些，而且每个力都不应 该太小，所以D可以.2. (2015 揭

13、阳模拟)有同学利用如图7甲示装置来验证力平行四边形 定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑滑轮力和方，将绳子打一个结点 0,每个钩码重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子拉力 Toa.弘和7k，回答下列问题：(1) 改变钩码个数，实验能完成是A. 钩码个数皿=用=2,用=4B. 钩码个数川=再=3,用=4C. 钩码个数用=用=用=4D. 钩码个数川=3,用=4,用=5(2) 在拆下钩码和绳子前，最重要一个步骤是(A. 标记结点0位置,并记录OA. OB. OC三段绳子方向B. 量出OA. OB. OC三段绳子长度C. 用量角器量出三段绳子之间夹角D. 用天平测出钩码质量在作图时

14、，你认为图7中是正确.(填“乙”或“丙”)【答案】(l)BCD (2)A (3)甲【解析】(1)对。点受力分析OA. OB. OC分别表示三个力大小，由于三共点力处于平衡，所以0C等于 0Dy因此三个力大小构成一个三角形.2. 2. 4不可以构成三角形，则结点不能处于平衡状态，故A错误；3. 3. 4可以构成三角形,则结点能处于平衡.故B正确；4. 4. 4可以构成三角形,则结点能处于平衡.故C正确；3. 4. 5可以构成三角形，则结点能处于平衡.故D正确.(2) 为验证平行四边形定则，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记 结点0位置，其次要作出力方向并读出力大小，最后作出力图示，因此要做好

15、 记录，是从力三要素角度出发，要记录舷码个数和记录OA. OB. %三段绳子方 向，故A正确,BCD错误.(3) 以0点为研究对象，人是实际作用效果在0C这条线上，由于误差存 在尺理论值要与实际值有一定偏差，故乙图符合实际，丙图不符合实 际.3. “验证力平行四边形定则”实验中：(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A. 将一根橡皮筋一端固定在贴有白纸竖直平整木板上，另一端拴上两 根细线.B. 其中一根细线挂上5个质量相等钩码,使橡皮筋拉伸，如图8甲所示,记录：.C. 将步骤B中钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等钩码,用两光滑硬棒B. C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整方.C位置, 使,记录.屮图8（2）如果“力平行四边形定则”得到验证，那么图乙中cos a ： cos Q【答案】（1）B.钩码个数（或细线拉力）橡皮筋与细线结点位置0细 线方向（说明：能反映细线方向其他记录也可以）C.橡皮筋与细线结点位置与步骤B中结点位置。重合 钩码个数和对 应细线方向（2） 3 ： 44. 小明同学在学完力合成与分解后，想在家里做实验验证力平行四边 形定则.他准备两只弹簧测力计，按如下步骤进行实验：A. 在墙上贴一张口纸用来记录弹簧弹力大小和方向.B. 在一只弹簧测力计下端悬挂