1、高考物理第一轮复习同步导学28 实验 3：验证力的平行四边形定则【考点自清】【实验目的】验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则.【实验原理】等效法：使一个力 F的作用效果和两个力 F1、F2 的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以这一个力 F就是两个力 F1和 F2的合力，作出 F的图示，再根据平行四边形定则作出 F1和 F2的合力 F 的图示，比较 F 和 F的大小和方向是否都相同【实验器材】方木板一块、白纸、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)、细芯铅笔【实验步骤】用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，并用图钉把橡皮条的一端固定在 A
2、 点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉像皮条，使橡皮条伸长到某一位置 O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下 O 点的位置及此时两细绳套的方向只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数 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 用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力 F的图示比较一下，力
3、 F与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向是否相同锦囊妙诀：白纸钉在木板处，两秤同拉有角度，读数画线选标度，再用一秤拉同处，作出力的矢量图交流与思考：每次实验都必须保证结点的位置保持不变，这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同，能否验证平行四边形定则？提示：每次实验保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法由于力不仅有大小，还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同，不满足合力与分力的关系，不能验证平行四边形定则【误差分析】用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内
4、，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小结点 O 的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差两个分力的起始夹角 太大，如大于 120，再重做两次实验，为保证结点 O 位置不变（即保证合力不变)，则 变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大作图比例不恰当造成作图误差 交流与思考：实验时由作图法得到的合力 F 和单个测力计测量的实际合力 F忘记标注而造成错乱，你如何加以区分? 提示：由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直，所以与 AO 共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力 F，不共线的合力表示由作图法得到的合力 F【注意事项】不要直接以橡皮条端点为结点，可
5、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 O 的位置使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不超量程，拉弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦读数时应正对、平视刻度两拉力 F1和 F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致交流与思考：如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？提示：保持两力的大小不变，改变两力之间的夹角，使两力的合力发生变化，可以通过观察结点的位置变化，判断合力大小的变化情况，结点离固定点越远，说明两力的合力越大【正确使用弹
6、簧秤】弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换弹簧，直至相同为止弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦读数时应正对、平视刻度 【重点精析】【例 1】在做“互成角度的两个力的合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的 O 点，以下操作中错误的是( )A、同一次实验过程中，O 点位置允许变动B、实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧
7、秤刻度C、实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到 O 点D、实验中，把橡皮条的另一端拉到 O 点时，两弹簧秤之间夹角应取 90，以便于算出合力的大小思路点拨：(1)该实验中怎样使合力与分力产生的效果相同?(2)实验操作中要注意哪些问题?解析：从橡皮条固定点到 O 点的连线方向，是合力的作用线方向，如果 O 点变动，那么合力的大小、方向都要变化，就不能验证力的平行四边形定则，故 A 选项错C 选项中，因一个弹簧秤已拉到最大量程，再通过另一个弹簧秤拉橡皮条到 O 点时，另一个弹簧秤可能超过最大量程，造成损坏，或读数不准，故 C
8、选项错互成角度的两个力的合成，是利用平行四边形定则合成的，两个分力成任意角度都适用，不必成 90角，故 D 选项错答案：ACD 【例 2】将橡皮筋的一端固定在 A 点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为 5N、最小刻度为 0.1N 的弹簧测力计沿着两个不同的方向拉弹簧测力计当橡皮筋的活动端拉到 O 点时，两根细绳相互垂直，如图所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N(2)在图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力(3)图(A)(B)两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值 F是准确的，则 F
9、 与 F有误差的原因可能是哪些？思路点拨：(1)读数时要符合有效数字的要求(2)合理选取标度，作出两分力，再应用平行四边形定则作出合力(3)F是用一个测力计拉橡皮条所得到的，应在什么方向上？解析：(1)弹簧测力计的最小刻度为 0.1N，读数时应估读一位，所以读数分别为 2.50N和 4.00N(2)取一个小方格的边长表示 0.50N，作出两个力及它们的合力(3)F是用一个测力计拉橡皮条所得到的，其方向一定在橡皮条所在直线上，所以 B 图符合实际，误差的原因主要是弹簧测力计读数误差，确定分力方向不够准确等原因答案：(1)2.50，4.00；(2)见解析图；(3)B 图误差原因见解析【例 3】在“
10、验证力的平行四边形定则”的实验中(1)其中两个实验步骤分别是 A、在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳的同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置 O 点，在白纸上用铅笔记下 O 点的位置并读出两个弹簧测力计的示数 F1和 F2B、只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数 F并记下细绳的方向请指出以上步骤中的错误或疏漏：A 中是 ；B 中是 (2)在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力 F1、F2 已在图中画出，图中的方格
11、的边长表示为 2 N，O 点是橡皮条的结点，请用两个直角三角板严格作出合力F 的图示，并求出合力的大小为 N解析：当用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置 O 点，在白纸上用铅笔记下 O 点的位置，读出两个弹簧测力计的示数 F1 和 F2 及记下此时两细绳套的方向当只用一只弹簧测力计拉时，应使结点拉到同样的位置 O，并记下弹簧测力计的读数和细绳的方向答案：(1)未记下两条细绳的方向；应将橡皮条与细绳的结点拉到原来的位置 O 点 (2)10 倍根号 2思维提升：对于验证的平行四边形定则的实验，要在熟悉实验原理、掌握实验过程的基础上，理解并记忆相关的注意事项，否则就会出现
12、错误用图象法处理实验数据时，重在规范作图【例 4】如图所示，是两位同学在研究“验证力的平行四边形定则”时所得到的实验结果，若 F的作用效果与 F1、F2 共同作用效果相同，则尊重实验事实的结果为( )解析：F一定沿橡皮条伸长方向，故 B、D 错误C 是硬凑数据，事实上，实验要有一定事实上的误差，包括大小和方向，故 A 正确答案：A 思维提升：在做实验题的时候应该尊重实验事实，不可以想当然.在复习实验时重点是理解实验原理和掌握实验方法，特别是实验原理，任何变化都离不开实验原理，要注意从原理出发找方法、选器材、定方案【同步作业】1、在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，
13、其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 和 OC 为细绳(1)图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法中正确的是( )A、图乙中的 F 是力 F1和 F2合力的理论值，F是力 F1和 F2合力的实际测量值B、图乙的 F是力 F1和 F2合力的理论值，F 是力 F1和 F2合力的实际测量值C、在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果没有影响D、在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果有影响(2)本实验采用的科学方法是_(填字母代号)A、理想实验法 B、等效替代法C、控制变量法 D、建立物理模型法解析：(1)从图乙中可以看出，F是根据平行四边形定则作
14、出的理论值，F 为合力的实际测量值;本实验用两个弹簧秤拉像皮条和一个弹簧秤拉橡皮条效果相同，都使结点 O 到达同一位置，至于 OB、OC 是细绳还是橡皮条则没有关系，故 B、C 正确(2)本实验采用的科学方法是等效替代法，B 项正确答案：(1)BC；(2)B2、在“验证力的平行四边形定则”中，采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差( )A、两个分力 F1、F2 间的夹角要适当大些B、两个分力 F1、F2 的大小要适当大些C、拉橡皮条的细绳要稍长一些D、实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌子上，向相反方向拉动，检查读数是否相同答案：ABCD 3、某同学在做“验证力的平行四边形定则” 的实验
15、中，主要实验步骤如下：A、在桌面上放一块木板，在木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在木板上B、用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的 A 点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端打成绳套C、用两个弹簧秤分别勾住绳套，平行于木板且互成角度地拉橡皮条，把橡皮条的结点拉到某一位置 O，记录下 O 点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数D、按选好的比例，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧秤的拉力 F1和 F2的图示，并用平行四边形定则求出合力 FE、只用一个弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一比例作出这个力 F的图示F、比较力 F和 F 的大小和方向，看它们是否
16、相同，得出结论上述步骤中：(1)有重要遗漏的步骤序号是 ；(2)遗漏的内容是 解析：本实验的基本思想是“等效替代”，用一个弹簧秤拉橡皮条和两个弹簧秤拉的效果相同，所以要把橡皮条的结点拉到同一位置 O 点答案：(1)E；(2)E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了 O 点4、在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在 A 点上，另一端连接两根细线，然后通过细线用两个互成角度的弹簧秤来拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一点 O，此时需记录下：(1)_，(2)_，(3)_然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到 O 点后再记录下：(4)_，(5)_(6)如图所示，是该同学
17、完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图，请选好比例在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理解析：作图象时以 O 点为起点作 F1、F2、F的图示，且要按同一比例；要用三角板和刻度尺规范地作出平行四边形答案：(1)两弹簧秤的读数；(2)结点 O 的位置；(3)两细线的方向；(4)弹簧秤的读数；(5)细线的方向；(6)见解析图5、小明同学在学完力的合成与分解后，想在家里做实验验证力的平行四边形定则他从学校的实验室里借来两只弹簧测力计，按如下步骤进行实验A、在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向；B、在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧测力计的读数 F；C、将一
18、根大约 30cm 长的细线从纸带中穿过，再将细线两端拴在两只弹簧测力计的挂钩上在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两只弹簧测力计的读数相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数如图甲所示；D、在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力 F(1)在步骤 C 中，弹簧测力计的读数为_N；(2)在步骤 D 中，合力 F_N；(3)若_，就可以验证力的平行四边形定则答案：(1)3.00；(2)5.20.2；(3)F近似在竖直方向，且数值与 F 近似相等6、请不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来
19、验证平行四边形定则 解析：仅用橡皮条也可验证平行四边形定则，其步骤、方法如下：(1)将三条橡皮条的一端都拴在一个图钉 O 上，将这三条橡皮条的另一端分别再拴一个图钉 A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上，如图所示；(2)用直尺测出橡皮条的自由长度 L0，注意从图钉脚之间测起；(3)将拴有橡皮条的图钉 A、B 适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条 C，即使三条橡皮条互成角度拉伸，待节点处的图钉 O 静止时，钉下 C 图钉，并记录图钉 O 的位置(注意此时O 图钉不能钉)记录图钉 A、B 、C 的位置(此时图钉有孔，不需铅笔 )；(4)测出这三条橡皮条的长度 L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量X1L1 L0，X 2L 2L0，X 3L3L0；(5)将 X1、X2、X3 按一定比例图示出来，以 X1、X2 为邻边作平行四边形，求出其对角线 OC比较 OC与 OC 的长度(即 X3 的长度)，如果相等，且在一条直线上，则达到目的，若 OC与 OC 有一微小夹角 ，则有误差(如上图所示)本实验是根据图钉 O 受到三个平面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原理答案：见解析
