高考物理复习第二章相互作用实验三验证力的平行四边形定则材料

第二章相互作用试验三验证力平行四边形定则1/33过好双基关2/331.试验原理互成角度两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同效果，看F1、F2用平行四边形定则求出协力F与F′在试验误差允许范围内是否相同.2.试验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.3/333.试验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上木板上.(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，结点抵达某一位置O.如图1甲所表示.(3)用铅笔描下结点O位置和两个细绳套方向，并统计弹簧测力计读数，利用刻度尺和三角板依据平行四边形定则求出协力F.(4)只用一个弹簧测力计，经过细绳套把橡皮条结点拉到与前面相同位置O，记下弹簧测力计读数F′和细绳方向，如图乙所表示.(5)比较F′与用平行四边形定则求得协力F，看它们在试验误差允许范围内是否相同.图14/331.正确使用弹簧测力计(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不一样，应另换或调校，直至相同为止.(2)使用时，读数应尽可能大些，但不能超出范围.(3)被测力方向应与轴线方向一致.(4)读数时应正对、平视刻度.5/332.注意事项(1)位置不变：在同一次试验中，使橡皮条拉长时结点位置一定要相同，是为了使协力作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替换思想.(2)角度适当：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)在协力不超出量程及在橡皮条弹性程度内形变应尽可能大一些.细绳套应适当长一些，便于确定力方向.(4)统一标度：在同一次试验中，画力图示选定标度要相同，而且要恰当选定标度，使力图示稍大一些.6/333.误差分析(1)误差起源：除弹簧测力计本身误差外，还有读数误差、作图误差等.(2)减小误差方法：①试验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计精度正确读数和统计.②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力对边一定要平行.7/33研透命题点8/33例1

(·全国卷Ⅲ·22)某探究小组做“验证力平行四边形定则”试验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)纸贴在水平桌面上，如图2(a)所表示.将橡皮筋一端Q固定在y轴上B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上A点时，橡皮筋处于原长.(1)用一只测力计将橡皮筋P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F大小可由测力计读出.测力计示数如图(b)所表示，F大小为____N.基础考点自主悟透解析由题图(b)可知，F大小为4.0N4.0图2答案解析9/33(2)撤去(1)中拉力，橡皮筋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O点.此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所表示方向，由测力计示数读出两个拉力大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm长度线段表示1N力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2图示，然后按平行四边形定则画出它们协力F合；解析画出力F1、F2图示，如图所表示答案看法析图10/33②F合大小为____N，F合与拉力F夹角正切值为_____.若F合与拉力F大小及方向偏差均在试验所允许误差范围之内，则该试验验证了力平行四边形定则.解析用刻度尺量出F合线段长约为20mm，所以F合大小为4.0N，F合与拉力F夹角正切值为tanα＝0.05.答案解析4.00.0511/33变式1

(·山东理综·21)某同学经过下述试验验证力平行四边形定则.试验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.②如图3所表示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端位置标识为O1、O2，统计弹簧秤示数F，测量并统计O1、O2间距离(即橡皮筋长度l).每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应l，部分数据以下表所表示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05图312/33③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端位置，重新标识为O、O′，橡皮筋拉力记为FO

O′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图4所表示.用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋两端，使秤钩下端到达O点，将两笔尖位置标识为A、B，橡皮筋OA段拉力记为FOA，OB段拉力记为FOB.图413/33完成以下作图和填空：(1)利用表中数据在图5坐标纸上画出Fl图线，依据图线求得l0＝___cm.解析作出Fl图象，如图甲所表示，求得直线截距即为l0，可得l0＝10.0cm答案看法析图10.0(9.8、9.9、10.1均正确)图5答案解析14/33(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA大小为___________________N.若OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则橡皮筋弹力为F＝kΔx＝50×(6.00＋7.60－10.00)×10－2N＝1.80N则此时FOA＝F＝1.80N答案解析1.80(1.70～1.90均正确)15/33(3)依据给出标度，在图6中作出FOA和FOB协力F′图示.解析FOB＝FOA＝1.80N，两力协力F′如图乙所表示.答案看法析图图6答案解析16/33(4)经过比较F′与______大小和方向，即可得出试验结论.解析FOO′作用效果和FOA、FOB两个力作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力协力，所以经过比较F′和FOO′大小和方向，可得出试验结论.答案解析FO

O′17/33变式2

(·安徽理综·21Ⅰ)在“验证力平行四边形定则”试验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置木板上，将橡皮条一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条另一端.用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点抵达纸面上某一位置，如图7所表示.请将以下试验操作和处理补充完整：(1)用铅笔描下结点位置，记为O；(2)统计两个弹簧测力计示数F1和F2，沿每条细绳(套)方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把对应点连成线；图718/33(3)只用一个弹簧测力计，经过细绳套把橡皮条结点仍拉到位置O，统计测力计示数F3，_______________________________________________________________；解析此步骤中应统计此时拉力大小和方向，结合(2)操作，(3)中横线应填写：沿此时细绳(套)方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线.答案解析沿此时细绳(套)方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线19/33(4)按照力图示要求，作出拉力F1、F2、F3；(5)依据力平行四边形定则作出F1和F2协力F；(6)比较______一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出对应改进后再次进行试验.解析要验证力平行四边形定则，需要比较F和F3大小、方向是否一致，故(6)中横线应填写F和F3.答案解析F和F320/33试验拓展创新两种方法以本试验为背景，以试验中操作注意事项、误差起源设置条件，或经过改变试验条件、试验仪器设置题目.1.对试验原理了解、试验方法迁移命题点二试验拓展创新能力考点师生共研21/332.试验器材改进22/33例2某小组为了验证力平行四边形定则，设计了如图8甲所表示试验：在一个半圆形刻度盘上安装两个能够沿盘边缘移动拉力传感器A、B，图8两传感器挂钩分别系着轻绳，轻绳另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘圆心.在O点挂上重G＝2.00N钩码，统计两传感器A、B示数F1、F2及轻绳与竖直方向夹角θ1、θ2，用力图示法即可验证力平行四边形定则.23/33(1)当F1＝1.00N、F2＝1.50N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力图示法作图，画出两绳拉力协力F，并求出协力F＝_______________N.(结果保留三位有效数字)解析先画出力标度，依据题中所给数据，利用平行四边形定则画出力图示并求协力F＝2.01N.答案如图所表示2.01(1.97～2.05)答案解析24/33(2)该组同学在试验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置P点迟缓顺时针旋转，得到了一系列B传感器示数F2和对应角度θ2，作出了如图丙所表示F2－θ2图象，由图丙可知A传感器所处位置角度θ1＝___.答案解析25/33变式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(遵照胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了以下试验：将两条橡皮筋一端与细绳连接，结点为O，细绳下挂一重物，两橡皮筋另一端也都连有细绳.试验时，先将一条橡皮筋另一端细绳固定在墙上钉子A上，另一条橡皮筋任其下垂，如图9甲所表示；再将另一条橡皮筋另一端细绳固定在墙上钉子B上，如图乙所表示.图926/33(1)为完成试验，下述操作中必需是____.a.两橡皮筋另一端连接细绳a、b长度要相同b.要测量橡皮筋原长c.要测量图甲和图乙中橡皮筋长度d.要统计图甲中结点O位置及过结点O竖直方向e.要统计图乙中结点O′位置及过结点O′竖直方向√√√解析首先应明白该试验试验原理，即用橡皮筋伸长量来表示弹力大小，所以试验中一定要测橡皮筋长度，而没必要关心细绳a、b长度，选项b和c中操作是需要，为了确保力合成等效性，需要统计题图乙中结点O′位置及过结点O′竖直方向，选项e中操作是必需.答案解析27/33(2)对该试验“两条相同橡皮筋”要求了解正确是____.a.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√解析为了能用橡皮筋伸长量表示弹力大小，满足F＝kx，应让k值相同，即橡皮筋材料、粗细、原长均要相同，选项c正确.答案解析28/33变式4小明经过试验验证力平行四边形定则.(1)试验统计纸如图10所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3方向过P3点.三个力大小分别为：F1＝3.30N、F2＝3.85N和F3＝4.25N.请依据图中给出标度作图求出F1和F2协力.答案看法析图(F合＝4.6～4.9N都算对)解析作出图示如图所表示.图10答案解析29/33(2)仔细分析试验，小明怀疑试验中橡皮筋被屡次拉伸后弹性发生了改变，影响试验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发觉读数不相同，于是深入探究了拉伸过程对橡皮筋弹性影响.试验装置如图11所表示，将一张白纸固定在竖直放置木板上，橡皮筋上端固定于O点，下