2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學(xué)案

1、實驗三驗證力的平行四邊形定則1會使用彈簧測力計。2驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則。如圖所示，分別用一個力f、互成角度的兩個力f1、f2，使同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點o，即伸長量相同，根據(jù)合力的定義，f為f1和f2的合力，作出力f的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力f1和f2的合力f的圖示，比較f、f在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同。方木板，白紙，彈簧測力計(兩個)，橡皮條，細繩套(兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(若干)。1在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上。2用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的a點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩

2、，細繩的另一端各系上細繩套。3用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點拉到某一位置o，如圖所示。4用鉛筆描下o點的位置和兩條細繩的方向，讀出并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)f1、f2。5只用一個彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置o，讀出并記錄彈簧測力計的示數(shù)f，記下細繩的方向。6改變f1和f2的大小和方向，再做兩次實驗。1用鉛筆和刻度尺從結(jié)點o沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩個彈簧測力計的拉力f1和f2的圖示，并以f1和f2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過o點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力f的圖示。2用刻度尺從o點按同樣的標度沿記錄的方向作出只用一個彈

3、簧測力計時的拉力f的圖示。3比較f與f在誤差允許的范圍內(nèi)是否完全重合，從而驗證平行四邊形定則。1讀數(shù)誤差彈簧測力計示數(shù)在允許的情況下，盡量大一些，讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄。2作圖誤差(1)結(jié)點o的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準確，作圖比例不恰當、不準確等造成作圖誤差。(2)兩個分力的夾角太大或太小，導(dǎo)致作圖產(chǎn)生較大誤差。1同一實驗中的兩個彈簧測力計的選取方法是：將兩個彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩個彈簧測力計讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)調(diào)整或更換，直至讀數(shù)相同為止。2在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點o位置一定要相同。3用兩個彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮

4、條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60100之間為宜。4應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些。讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度。5細繩套應(yīng)適當長一些，便于確定拉力的方向。不要直接沿細繩套的方向畫直線，應(yīng)在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與o點連接，即可確定拉力的方向。6在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些?？键c細研 悟法培優(yōu)考點1實驗原理與實驗操作例1某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形

5、定則”的實驗情況如圖甲所示，其中a為固定橡皮條的圖釘，o為橡皮條與細繩的結(jié)點，ob與oc為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的f與f兩力中，方向一定沿ao方向的是_。(2)本實驗采用的科學(xué)方法是_。a理想實驗法b.等效替代法c控制變量法 d.建立物理模型法(3)實驗時，主要的步驟是：a在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；b用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的a點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端各系上繩套；c用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置o。記錄下o點的位置，讀出兩個彈

6、簧測力計的示數(shù)；d按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力f1和f2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力f；e只用一個彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度作出這個f的圖示；f比較f和f的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中：有重要遺漏的步驟的序號是_和_；遺漏的內(nèi)容分別是_和_。嘗試解答(1)f_(2)b_(3)c_e_c中應(yīng)加上“記下兩條細繩的方向”_e中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置o”。(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至o點的拉力一定沿ao方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿ao方向，故

7、一定沿ao方向的是f。(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們可以等效替代，b正確。(3)根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的序號是c、e。在c中未記下兩條細繩的方向，e中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置o。驗證力的平行四邊形定則實驗應(yīng)注意的問題用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩細繩方向和結(jié)點o的位置)，用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結(jié)點o的位置必須在同一位置)。變式1(2019山東日照市高三下學(xué)期模擬)某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，實驗步驟如下：用圖釘把

8、白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端；用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達紙面上某一位置；用鉛筆描下結(jié)點位置，記為o，記錄兩個力的方向和兩彈簧測力計的示數(shù)f1和f2；只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條拉到步驟中的長度，記錄力的方向和測力計的示數(shù)f3；畫出拉力f1、f2、f3的圖示，然后按平行四邊形定則畫出f1、f2的合力f；通過比較f與f3的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論?；卮鹣铝袉栴}：(1)糾正步驟中的錯誤：_。(2)下列關(guān)于實驗操作的建議，正確的是_(填寫選項前的字母)a記錄力的方向時，用鉛筆沿著

9、細繩套的方向畫直線即可b若f與f3的大小和方向不相同，則需要重新實驗，直到相同為止c控制兩個測力計的示數(shù)f1和f2，均不能大于一個測力計的示數(shù)f3d使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線，讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度(3)糾正了上述步驟中的問題后，重新完成實驗，得到f1、f2、f3的圖示如圖，請在圖中作出f1、f2的合力f。答案(1)結(jié)點拉到步驟中的o點(2)d(3)圖見解析解析(1)應(yīng)該將結(jié)點拉到步驟中的o點，因為要保證兩次實驗拉力的作用效果相同，所以必須將結(jié)點拉到同一位置o。(2)記錄力的方向時，應(yīng)在細繩套下方白紙上稍遠之處點兩個點，用兩點確定一條直線從而確定力的方向，不能用鉛筆沿著細繩套的方

10、向畫直線，a錯誤；由于實驗誤差的存在，導(dǎo)致f與f3的大小和方向不相同，而是有微小偏差，故無需重新實驗，b錯誤；兩個測力計的示數(shù)f1和f2不必均小于一個測力計的示數(shù)f3，c錯誤；使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線，讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度，從而減少實驗誤差，d正確。(3)根據(jù)力的圖示和平行四邊形定則作圖，如圖所示?？键c2數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某同學(xué)在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，按如下步驟進行：在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧測力計彈力的大小和方向。在一個彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下平衡時彈簧測力計的讀數(shù)f。將一根大約30 cm長的細線從杯帶中穿過，再將細線兩端分別拴在兩個彈簧

11、測力計的掛鉤上，在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細線，使兩個彈簧測力計的示數(shù)相等，在白紙上記下細線的方向，彈簧測力計的示數(shù)如圖甲所示。在白紙上按一定標度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示，如圖乙所示，根據(jù)力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力f。(1)在步驟中，彈簧測力計的讀數(shù)為_ n。(2)在步驟中，合力f_ n。(3)若_，就可以驗證力的平行四邊形定則。嘗試解答(1)3.00_(2)5.0(4.95.1均可)(3)f近似在豎直方向且數(shù)值與f近似相等。(1)彈簧測力計讀數(shù)時需要估讀，彈簧測力計讀數(shù)為3.00 n。(2)根據(jù)力的大小可以用線段的長度來表示，利用刻度尺和三角板在題圖乙上由已知的兩個力作出平

12、行四邊形，測量出平行四邊形的對角線的長度，與標度1 n的長度進行比較，可求出f的大小為5.0 n。(3)若f近似在豎直方向且數(shù)值與f近似相等，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)可以驗證力的平行四邊形定則。變式2將橡皮筋的一端固定在a點，另一端拴上兩根細繩，每根細繩分別連著一個量程為5 n、最小刻度為0.1 n的彈簧測力計，沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計，當橡皮筋的活動端拉到o點時，兩根細繩相互垂直，如圖甲所示。這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為_ n和_ n。(2)在如圖乙所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。(3)圖丙中a、b兩圖是兩位同

13、學(xué)得到的實驗結(jié)果，其中哪一個圖符合實際？若合力測量值f是準確的，則f與f有誤差的原因可能有哪些？答案(1)2.504.00(或4.002.50)(2)圖見解析(3)b圖誤差原因見解析解析(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1 n，讀數(shù)時應(yīng)估讀一位，所以讀數(shù)分別為2.50 n和4.00 n。(2)取一個小方格的邊長表示0.50 n，作出兩個力及它們的合力如圖所示。(3)f是用一個彈簧測力計拉橡皮筋所得到的，其方向一定在橡皮筋所在直線上，所以b圖符合實際。產(chǎn)生誤差的原因主要是彈簧測力計讀數(shù)偏差，確定分力方向不夠準確等。考點3實驗拓展與創(chuàng)新例3某學(xué)生實驗小組設(shè)計了一個“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，裝

14、置如圖甲所示，在豎直放置的木板上部附近兩側(cè)，固定兩個力傳感器，同一高度放置兩個可以移動的定滑輪，兩根細繩跨過定滑輪分別與兩個力傳感器連接，在兩細繩連接的結(jié)點o下方懸掛鉤碼，力傳感器1、2的示數(shù)分別為f1、f2，調(diào)節(jié)兩個定滑輪的位置可以改變兩細繩間的夾角。實驗中使用若干相同的鉤碼，每個鉤碼質(zhì)量均為100克，取g9.8 m/s2。(1)關(guān)于實驗，下列說法正確的是()a實驗開始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)b每次實驗都必須保證結(jié)點位于o點c實驗時需要記錄鉤碼數(shù)量、兩個力傳感器的示數(shù)和三細繩的方向d實驗時還需要用一個力傳感器單獨測量懸掛于o點鉤碼的總重力(2)根據(jù)某次實驗得到的數(shù)據(jù)，該同學(xué)已經(jīng)按照

15、力的圖示的要求畫出了f1、f2，請你作圖得到f1、f2的合力f(只作圖，不求大小)，并寫出該合力不完全豎直的一種可能原因：_嘗試解答(1)ac_(2)如解析圖所示_定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等(回答出一項合理答案即可)。(1)實驗開始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)，以保證鉤碼重力等于細線中的拉力，a正確；由于沒使用橡皮筋，該裝置每次實驗不需要保證結(jié)點位于o點，b錯誤；實驗時需要記錄鉤碼數(shù)量、兩個力傳感器的示數(shù)和三細繩的方向，c正確；懸掛于o點鉤碼的總重力可以根據(jù)鉤碼的質(zhì)量得出，不需要力傳感器測量，d錯誤。(2)利用平行四邊形定則作出f1和f2的合力f。該合力方向不完全在豎直方向的可能原因

16、是定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等。變式3(2019福建寧德市二模)某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材驗證力的平行四邊形定則，設(shè)計的實驗裝置如圖。固定在豎直木板上的量角器直邊水平，橡皮筋一端固定在量角器圓心o的正上方a點，另一端系繩套1和繩套2。(1)實驗步驟如下：彈簧測力計掛在繩套1上，豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達o點，記下彈簧測力計的示數(shù)f；彈簧測力計掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點達到o點，此時繩套1沿0方向，繩套2沿120方向，此時彈簧測力計的示數(shù)為f1；根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1和繩套2的合力f_；比較_，即可初步驗證力的平行四邊形定則。

17、(2)將繩套1由0方向緩慢轉(zhuǎn)動到60方向，同時繩套2沿120方向不變，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點在o點不動，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是_。a逐漸增大 b.先增大后減小c逐漸減小 d.先減小后增大答案(1)f1f與f的大小(2)d解析(1)繩套1和繩套2的夾角為120，根據(jù)力的平行四邊形定則可得繩套1的拉力f1ftan30f，即ff1。比較f和f的大小，即可初步驗證力的平行四邊形定則。(2)保持繩套2方向不變，繩套1從圖示位置向下緩慢轉(zhuǎn)動60，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點在o處不動，說明兩繩套拉力的合力不變，由右圖可知繩套1的拉力先減小后增大，d正確。高考模擬 隨堂集訓(xùn) 1(2018

18、天津高考)某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 n的彈簧測力計兩個，橡皮條(帶兩個較長的細繩套)，刻度尺，圖釘(若干個)。(1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的是_。a橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上b重復(fù)實驗再次進行驗證時，結(jié)點o的位置可以與前一次不同c使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線；讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度d用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結(jié)點位置o、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，

19、如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是_。答案(1)bc(2)b解析(1)為了使實驗結(jié)果更具有普遍性，在實驗過程中不應(yīng)讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位置，a錯誤；只要每一組實驗時用一個力和用兩個力拉的效果相同即可，即結(jié)點o的位置相同，不需要每次實驗時結(jié)點o的位置都相同，b正確；使用彈簧測力計時，施力方向應(yīng)沿彈簧測力計軸線；讀數(shù)時，視線應(yīng)正對彈簧測力計的刻度，c正確；合力可以大于任一分力，也可以等于分力，還可以小于任一分力，d錯誤。(2)a、d圖中選取的力的標度過大，導(dǎo)致畫力時，表示力的大小的線段太短，且a圖各點太近，確定力的方向誤差較大，不利于提高實驗精確度；b圖和c圖選用的標度相同，

20、但c中力較小，故b符合題意。2(2017全國卷)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在桌面上，如圖a所示。將橡皮筋的一端q固定在y軸上的b點(位于圖示部分之外)，另一端p位于y軸上的a點時，橡皮筋處于原長。(1)用一只測力計將橡皮筋的p端沿y軸從a點拉至坐標原點o。此時拉力f的大小可由測力計讀出。測力計的示數(shù)如圖b所示，f的大小為_n。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋p端回到a點，現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將p端拉至o點。此時觀察到兩個拉力分別沿圖a中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為f1

21、4.2 n和f25.6 n。()用5 mm長度的線段表示1 n的力，以o點為作用點，在圖a中畫出力f1、f2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力f合；()f合的大小為_n，f合與拉力f的夾角的正切值為_。若f合與拉力f的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。答案(1)4.0(2)()如圖所示()4.00.05解析(1)由題給測力計示數(shù)可知，讀數(shù)為4.0 n。(2)作圖，f2長度為28 mm，f1長度為21 mm，平行四邊形如圖，量出合力長度約為20 mm，大小代表4.0 n，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長度，其比值就是f合與拉力

22、f的夾角的正切值。3(2019山東聊城二模)某實驗小組用如圖所示的器材驗證“力的平行四邊形定則”。在水平的圓形桌面上平鋪一張白紙，在桌子邊緣安裝三個光滑的滑輪，其中，滑輪p1固定在桌邊，滑輪p2、p3可沿桌邊移動。實驗步驟如下：a在三根輕繩下掛上一定數(shù)量的鉤碼，調(diào)整滑輪p2、p3的位置并使結(jié)點靜止；b在白紙上描下結(jié)點的位置o和三根繩子的方向，以o點為起點，用同一標度作出三個拉力的圖示；c以繞過滑輪p2、p3繩的兩個力為鄰邊作平行四邊形，作出以o點為起點的平行四邊形的對角線，量出對角線的長度；d檢驗對角線的長度和繞過滑輪p1繩拉力的圖示的長度是否一樣，方向是否在同一條直線上。(1)第一次實驗中，

23、若一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為m，另一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為2m，則第三根繩所掛的鉤碼質(zhì)量m應(yīng)滿足關(guān)系：_。(2)第二次實驗時，改變滑輪p2、p3的位置和相應(yīng)繩上鉤碼的數(shù)量，使結(jié)點靜止，繩的結(jié)點_(選填“必須”或“不必”)與第一次實驗中白紙上描下的o點重合。實驗中，若桌面傾斜，_(選填“會”或“不會”)影響實驗的結(jié)論。答案(1)mm3m(2)不必不會解析(1)若一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為m，另一根繩掛的鉤碼質(zhì)量為2m，則兩繩的拉力分別為：mg、2mg，兩繩不共線，兩繩拉力的合力f的范圍是：2mgmgf2mgmg，即mgf3mg，三繩拉力的合力為零，則第三根繩的拉力的范圍為mgf33mg，第三根繩掛的鉤碼質(zhì)量m應(yīng)

24、滿足關(guān)系：mm3m。(2)本實驗中重復(fù)實驗時，只需調(diào)整p1、p2的位置和相應(yīng)繩上鉤碼的數(shù)量使結(jié)點靜止即可，結(jié)點的位置可以改變。若桌面不水平，繩中拉力仍等于鉤碼重力，對實驗以及實驗結(jié)論無影響。4(2014江蘇高考)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。(1)實驗記錄紙如圖甲所示，o點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力f1和f2的方向分別過p1和p2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力f3的方向過p3點。三個力的大小分別為：f13.30 n、f23.85 n和f34.25 n。請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出f1和f2的合力。(2)仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果