2023版高考物理一轮总复习专题2相互作用实验3验证力的平行四边形定则课件

实验三验证力的平行四边形定则必备知识·深悟固基1．实验目的(1)学会使用弹簧测力计．(2)探究两个互成角度的力的合成规律．2．实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的________，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与所测合力F′在实验误差允许范围内是否相同．效果

3．实验器材木板、白纸、图钉若干、________、细绳、弹簧测力计两个、三角板、________、铅笔．4．实验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如图甲所示．(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的______，并记录弹簧测力计的________，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.橡皮条

刻度尺

方向

读数

(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，如图乙所示．(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同．5．数据处理(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O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O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤(4)中弹簧测力计的拉力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．关键能力·突破要点命题一课标教材原型实验[基础考查]1．弹簧测力计的读数方法(1)注意弹簧测力计的最小刻度为0.1N.(2)弹簧测力计读数要符合有效数字要求，小数点后要有2位有效数字(除题目特殊要求外)．2．实验误差分析(1)理论值不一定沿橡皮条方向，但单个弹簧测力计的拉力F′一定沿橡皮条方向．(2)读数不准和作图不准都可能使F与F′不完全重合．例1

图甲为用等效替代法验证力的平行四边形定则的实验装置图．(1)本实验中“等效替代”的含义是 (

)A．橡皮筋可以用细绳替代B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果D．两侧弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代(2)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图甲中C的示数为________N.(3)如图乙所示，是某同学根据实验数据按照一定的标度(标度未画出)画出的力的图示．F1、F2、F、F′

中不是由弹簧测力计测得的力是________(填字母)．【答案】(1)D

(2)3.0

(3)F′【解析】(1)“等效替代”，即用两个弹簧测力计拉橡皮筋的效果和用一个弹簧测力计拉橡皮筋的效果是相同的，即要求橡皮筋两次被拉的形变量及指向都相同，故A、B、C错误，D正确．(2)弹簧测力计读数，每1N被分成5格，则1格就等于0.2N．图乙中指针落在3N处，所以为3.0N.(3)由于误差的存在，通过平行四边形定则得出的合力值与由弹簧测力计直接测得的合力并不完全相等，通过平行四边形定则得出的合力在对角线上，用一个弹簧测力计直接测量出的合力沿细绳方向，沿AO方向，故F是由弹簧测力计直接测得的，F′是通过平行四边形定则得出的合力，所以不是由弹簧测力计测得的力是F′.变式1某同学做“探究求合力的方法”实验，所用器材有：木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和两个弹簧测力计，实验装置如图所示．(1)该同学按下列步骤操作：①在水平桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；②用图钉把橡皮筋的一端固定在木板上的A点，在橡皮筋的另一端系上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；③用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，橡皮筋与细绳的结点到达某一位置O，记下O点的位置及两个弹簧测力计的示数F1和F2；④按选好的标度，分别作出F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮筋使其伸长，读出弹簧测力计的示数F′，记下F′的方向，按统一标度作出这个力F′的图示；⑥比较F′和F的大小和方向，得出结论．在上述步骤中：步骤③遗漏的重要操作是_____________________.步骤⑤遗漏的重要操作是___________________________________.(2)根据实验数据画出力的图示，如图所示，图上标出了F1、F2、F、F′四个力，其中__________(填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的，在F与F′两个力中，方向一定沿AO方向的是________.(3)实验中用M、N两个测力计通过细线拉橡皮筋，使其结点到达O点，此时α＋β＝90°，然后保持M的示数不变，而使α减小，为保持结点位置不变，可采用的办法是________.A．减小N的示数，同时减小β角B．减小N的示数，同时增大β角C．增大N的示数，同时增大β角D．增大N的示数，同时减小β角【答案】(1)未记录力F1和F2的方向未明确是否把橡皮筋与细绳的结点拉到位置O(2)F

F′

(3)A【解析】(1)步骤③中遗漏未记录力F1和F2的方向；步骤⑤中遗漏未明确是否把橡皮筋与细绳的结点拉到位置O.(2)力F1、F2、F′是由弹簧测力计直接测量的，F是通过平行四边形定则所得的F1和F2的合力，F1和F2的合力的实验值是指通过实验得到的值，即用一个弹簧拉绳套时测得的力的大小和方向，而理论值是指通过平行四边形定则得出的值，故F′是力F1和F2合力的实验值，其方向一定沿AO方向．(3)要保证结点不动，应保证合力不变，则由平行四边形定则可知，合力不变，M方向向合力方向靠拢，根据图像可知，N的拉力减小，同时应减小β角，A正确．变式2

(2021年河北一模)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架、弹簧、直尺、量角器、坐标纸、细线、定滑轮(位置可调)两个、钩码若干．支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可升降，如图1所示．实验步骤如下：(1)仪器调零．如图1，将已测量好的劲度系数k为5.00N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直．调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐．滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针．(2)搭建的实验装置示意图如图2.钩码组mA＝40g，钩码组mB＝30g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针．实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面．此时测得α＝36.9°，β＝53.1°，由图3可读出游标卡尺示数为__________cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝__________N.当地重力加速度g为9.8m/s2.(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中作出，用平行四边形定则作出合力F′.(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论．实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果__________(填“有”或“无”)影响．【答案】(2)9.68

0.484

(3)如解析图(4)无(3)根据题意可知OA绳产生的拉力为FO

A＝mAg＝40×10－3×9.8N＝0.392N，OB绳产生的拉力为FO

B＝mBg＝30×10－3×9.8N＝0.294N，力的合成如图．(4)在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响．命题二拓展创新实验[能力考查]例2某学生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，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，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角．实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为100g，g取9.8m/s2.甲

乙(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点钩码的总重力(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F1、F2，如图乙，请你作图得到F1、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___________________.【答案】(1)AC

(2)如图定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(合理即可)【解析】(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于细线中的拉力，A正确；该装置每次实验不需要保证结点位于O点，B错误；实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，C正确；悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，D错误．(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F.该合力方向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．变式3

(2021届潍坊质检)某同学用一弹簧测力计和一橡皮条做“验证力的平行四边形定则”的实验，装置如图所示，实验步骤如下：①将贴有白纸的木板竖直固定，将橡皮条上端挂在木板上O点；②将三根细线Pa、Pb、Pc结于P点，a端系在橡皮条下端，c端暂时空置，b端挂一钩码，钩码静止后，记录钩码重力G的大小和方向；③以O为圆心、OP为半径，画一圆弧；④用弹簧测力计钩住c端，向右上方缓慢拉，调整拉力方向，使结点P移到图中所示位置，记录该位置和弹簧测力计的示数；⑤在白纸上作出各力的图示，验证平行四边形定则是否成立．(1)第④步中还应记录的