實驗03 驗證力的平行四邊形定則2022年高考物理實驗專題精講精練（原卷版)

1、實驗03驗證力的平行四邊形定則（原卷版）1.實驗原理等效思想:互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F'產生相同的作用效果,看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F'在實驗誤差允許范圍內是否相同。2.實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩及細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(多個)、鉛筆。3.實驗步驟(1)儀器安裝用圖釘把白紙釘在水平放置的方木板上。用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,如圖所示,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。(2)測量與記錄 用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與繩的結點伸長到某一位置O。記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2

2、,用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向。 只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)F'和細繩的方向。 (3)換白紙,改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向,再重做兩次實驗。4.數(shù)據(jù)分析(1)用鉛筆和刻度尺從力的作用點(位置O)沿著兩繩的方向畫直線,按選定的標度作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,即合力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實驗步驟中彈簧測力計的拉力F'的圖示。(3)比較F與F'是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗證平行

3、四邊形定則。5.注意事項(1)位置不變:在同一次實驗中,橡皮條拉長時結點的位置一定要相同。(2)角度合適:用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時,其夾角不宜太小,也不宜太大,以60°100°為宜。(3)盡量減少誤差 在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內形變應盡量大一些。細繩應適當長一些,便于確定力的方向。(4)統(tǒng)一標度:在同一次實驗中,畫力的圖示選定的標度要相同,并且要恰當選定標度,使力的圖示稍大一些。【典例1】(2019·安徽蚌埠市第三次質量檢測)某小組利用橡皮筋(彈力滿足胡克定律)“研究兩個互成角度力的合成規(guī)律”，如圖甲所示，把貼有白紙的木板放在水平桌

4、面上，他們將完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在結點O處，另一端分別系上細線，仍保證橡皮筋原長相同，測得原長L04.40cm.沿平行于紙面的方向分別通過細線將三根橡皮筋拉至某一長度(在彈性限度內)，保持狀態(tài)不變，如圖乙所示，記錄此時結點的位置和三根橡皮筋另一端的位置，量出三個端點到結點O的距離分別為L19.40cm，L28.40cm，L37.40cm.若三根橡皮筋產生的彈力分別為F1、F2、F3，圖中已作出F1的圖示 (1)請根據(jù)F1的大小比例分別作出F2和F3的圖示，并根據(jù)平行四邊形定則畫出F2和F3的合力F合；(2)請在圖中畫出與F2和F3共同作用效果相同的力F的圖示若F合與F的大小及方向的

5、偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則變式1(2019·遼寧大連市第二次模擬)某同學為了研究兩個互成角度力的合成規(guī)律，設計了如下實驗，實驗原理圖如圖3甲所示將三根細繩套系于同一點O，然后與同學配合，同時用三個彈簧秤分別拉住三根細繩套，以合適的角度向三個不同方向拉開當穩(wěn)定后，分別記錄三個彈簧秤的讀數(shù)(1)關于下列實驗操作不必要的步驟是_A要保證三根細繩套長度相等B實驗時需要注意保證各彈簧秤及細繩套在同一水平面內C改變拉力重復實驗，每次必須保證O點在同一位置D記錄彈簧秤讀數(shù)的同時，必須記錄各拉力的方向E為完成平行四邊形定則的驗證，實驗時還需要測量各拉力間的夾角

6、(2)某次實驗測得彈簧秤讀數(shù)分別為FA2.2N，F(xiàn)B2.4N，F(xiàn)C3.2N，請根據(jù)圖乙記錄的各力的方向，結合實驗原理，在虛線框內畫出力的圖示，并作出相應的平行四邊形加以驗證【典例2】某同學做“驗證力的平行四邊形定則”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點,OB與OC為細繩,圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖。甲乙(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

7、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,細繩的另一端系著繩套;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,結點到達某一位置O,記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數(shù);D.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則畫出合力F;E.只用一只彈簧測力計,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,得出結論。上述步驟中:有重要遺漏的步驟的序號是和;&

8、#160;上述步驟應做出的修改分別是和。 【針對訓練2】李明同學在做“探究合力與分力的關系”實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋的結點位置O以及兩只彈簧測力計拉力的大小，如圖(a)所示(1)試在圖(a)中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力(2)有關此實驗，下列敘述正確的是()A兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力C兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結點拉到同一位置O，這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的作用效果相同D若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而保持橡皮筋結點位置不變，只需調整另一只彈簧測力計拉力的大小即可(3)如圖

9、(b)所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結果，其中哪一個實驗結果比較符合實驗事實？(力F是用一只彈簧測力計拉時的圖示)_(4)在以上比較符合實驗事實的一位同學的實驗中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況) _【典例3】某同學在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗過程中,將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細繩,實驗時,需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條。(1)關于兩次拉伸橡皮條,下列說法正確的是()。A.兩次拉伸橡皮條,只要保證橡皮條的形變量相同即可B.兩次拉伸橡皮條后,只需要記錄彈簧秤的示數(shù)

10、C.拉伸橡皮條的過程,彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行D.用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條時,細繩的夾角越大越好(2)某次用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條,最后讀數(shù)時,彈簧秤的示數(shù)如圖甲所示,則彈簧秤a的示數(shù)為N,彈簧秤b的示數(shù)為N,將測得的數(shù)值在右側的坐標紙上根據(jù)所給的標度,作出兩個力的圖示(兩個力的方向已確定),并從理論上得到兩個力的合力F為N。 【針對訓練3】做“探究求合力的方法”的實驗時：(1)除已有的器材(方木板、白紙、彈簧測力計、細繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆)外，還必須有_和_(2)在做上述實驗時，在水平放置的木板上墊上一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上，另一端結兩個細繩套，

11、通過細繩用兩個互成角度的彈簧測力計拉橡皮條，使結點移到某一位置O，此時需記下：_；_；_.然后用一個彈簧測力計把橡皮條拉長，使結點到達_，再記下_(3)在某次實驗中，某同學的實驗結果如圖所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩結點的位置圖中_是力F1與F2的合力的理論值；_是力F1與F2的合力的實驗值通過把_和_進行比較，驗證平行四邊形定則【典例4】在“探究求合力的方法”實驗中,現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細繩套和一把彈簧秤。(1)為完成實驗,某同學另找來一根彈簧,先測量其勁度系數(shù),得到的實驗數(shù)據(jù)如下表:彈力F/N0.501.001.502.002.503.003.50伸長量x/(&

12、#215;10-2 m)0.741.802.803.724.605.586.42 用作圖法求得該彈簧的勁度系數(shù)k=N/m。 (2)某次實驗中,彈簧秤的指針位置如圖甲所示,其示數(shù)為N,同時利用(1)中結果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N,請畫出這兩個共點力的合力F合。 甲(3)由圖得到F合=N。 【針對訓練4】某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則”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,同學們提出了如下關于實驗操作的建議,其中正確的有。 A.橡皮條應和兩繩套夾

13、角的角平分線在一條直線上B.重復實驗再次進行驗證時,結點O的位置可以與前一次不同C.使用測力計時,施力方向應沿測力計軸線;讀數(shù)時視線應正對測力計刻度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的拉力(2)該小組的同學用同一套器材做了四次實驗,白紙上留下的標注信息有結點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點,如下圖所示。其中對于提高實驗精度最有利的是。 A B C D【典例5】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,如圖甲所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖

14、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)如圖乙所示,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甲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=4.2 N和F2=5.6 N。用5 mm長度的線段表示1 N的力,以O點為作用點,在圖甲中畫出力F1、F2的圖示,然后按平形四邊形定則畫出它們的合力F合:甲乙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,則該實驗驗證了力的平行四邊形定則。丙【針對訓練5】(2020·福建寧德市質檢)某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材“研究兩個互成角度力的合成規(guī)律”，設計的實驗裝置如圖，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