【創(chuàng)新設計】2014屆高考物理一輪 （考綱自主研讀 命題探究 高考全程解密） 第4講實驗二 探究力的平行四邊形定則（含解析） 新人教版

1、第4講實驗二探究力的平行四邊形定則誤差分析本實驗的誤差除彈簧測力計本身的誤差外，還主要來源于以下兩個方面：1讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法：彈簧測力計數(shù)據(jù)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作圖誤差減小作圖誤差的方法：作圖時兩力的對邊一定要平行，兩個分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形作出的合力F的誤差F就越大，所以實驗中不要把F1、F2間的夾角取得太大,注意事項1位置不變：在同一次實驗中，使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°120°之間為宜

2、3盡量減少誤差(1)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(2)細繩套應適當長一些，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.熱點對實驗原理及實驗過程的考查【典例1】 在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，先用一個彈簧秤拉橡皮條的另一端到某一點并記下該點的位置；再將橡皮條的另一端系兩根細繩，細繩的另一端都有繩套，用兩個彈簧秤分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條(1)(多選)某同學認為在此過程中必須注意以下幾項：A兩根細繩必須等長B橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上C在使用彈簧

3、秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行D在用兩個彈簧秤同時拉細繩時要注意使兩個彈簧秤的讀數(shù)相等E在用兩個彈簧秤同時拉細繩時必須將橡皮條的另一端拉到用一個彈簧秤拉時記下的位置其中正確的是_(填入相應的字母)(2)“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖241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和OC為細繩圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的力的示意圖圖241圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_(單選)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)(多選)某同學在坐標紙上畫出了如圖242所示的兩個已知力F1和F2，圖中小正方形的邊長表示

4、2 N，兩力的合力用F表示，F(xiàn)1、F2與F的夾角分別為1和2，關于F1、F2與F、1和2關系正確的有_圖242AF14 N BF12 NC145° D1<2解析(1)兩細繩套不要太短，但是不一定要等長，選項A錯誤；橡皮條與兩繩夾角的平分線是否在同一直線上，由兩分力的大小和方向決定，選項B錯誤；用彈簧秤拉細繩套時，彈簧秤與木板平面必須平行，選項C正確；驗證力的平行四邊形定則實驗中，測量分力大小的兩個彈簧秤的讀數(shù)不一定要相等，選項D錯誤；在同一次實驗中，需要保持F1和F2的作用效果與合力F的作用效果相同，即拉到同一位置，所以選項E正確，答案為C、E.(2)F是利用一個彈簧秤將橡皮條

5、拉到結點O位置的力，F(xiàn)是利用平行四邊形定則作出的與F作用效果相同的兩個分力F1和F2的合力，所以沿AO方向的力一定是F.本實驗中，需要保證單個拉力的作用效果與兩個拉力的作用效果相同，即采用了等效替代法(3)以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，如圖所示，其對角線表示合力F，由圖可知，F(xiàn)14 N，F(xiàn)12 N，145°，1>2，所以選項B、C正確答案(1)CE(2)FB(3)BC1實驗過程應注意(1)結點O定位O點時要力求準確同一次實驗中橡皮條拉長后的O點必須保持不變(2)拉力用彈簧秤測拉力時要使拉力沿彈簧秤軸線方向應盡量使橡皮條、彈簧秤和細繩套位于與紙面平行的同一平面內兩個分力F1、F

6、2間的夾角不要太大或太小(3)作圖在同一次實驗中，選定的比例要相同嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力2操作不忘“三”“二”“一”用兩個彈簧秤拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧秤示數(shù)、兩細繩方向和結點O的位置)，用一個彈簧秤拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧秤示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)等【變式跟蹤1】 (2013·?？谀M)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243所示這時彈簧測

7、力計的讀數(shù)可從圖中讀出圖243圖244(1)由圖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244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解析(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1 N，讀數(shù)時應估讀一位，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答案(1)2.504.00(2)見解析圖深刻理解實驗原理，實現(xiàn)實驗方法的遷移實驗原理是實驗的核心和靈魂，實驗方法、實驗步驟、儀器的選擇、數(shù)據(jù)的處理等一切實驗的問題都是圍繞實驗原理展開的，深刻理解實驗原理是形成設計實驗的能力的基礎只要弄懂了實驗原理，實驗操

8、作過程中的一些規(guī)定、注意事項就變成了易于理解掌握的知識，完成相同的實驗，可以有不同的實驗方法如可以用三個共點力平衡的裝置來驗證平行四邊形定則【典例2】 (2011·江蘇卷，10)圖245某同學用如圖245所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結點O靜止在某位置分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_N.(2)(單選)下列不必要的實驗要求是_(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)A應測量重物M所

9、受的重力B彈簧測力計應在使用前校零C拉線方向應與木板平面平行D改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法解析(1)由題圖知，彈簧測力計A的最小刻度值為0.2 N，讀數(shù)為3.6 N.(2)驗證力的平行四邊形定則，一定要記好合力與兩分力的大小與方向，與結點位置無關，D錯；M的重力即合力，A對；測量前彈簧測力計調零才能測量準確，B對；拉線與木板平行才能保證力在木板平面內，C對(3)對O點受力分析如圖所示，可見若減小FOA可調節(jié)FOB的大小或方向，調節(jié)OA方向或減小物重G等答案(1)3.6(2)D(3)減小彈簧測

10、力計B的拉力；減小重物M的質量(或將A更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等)【變式跟蹤2】 (多選)有同學利用如圖246所示圖246的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題：(1)(多選)改變鉤碼個數(shù)，實驗能完成的是()A鉤碼的個數(shù)N1N22，N34B鉤碼的個數(shù)N1N33，N24C鉤碼的個數(shù)N1N2N34D鉤碼的個數(shù)N13，N24，N35(2)(單選)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是()A標記結點O的位置，并記錄

11、OA、OB、OC三段繩子的方向B量出OA、OB、OC三段繩子的長度C用量角器量出三段繩子之間的夾角D用天平測出鉤碼的質量(3)在作圖時，你認為圖247中_是正確的(填“甲”或“乙”)圖247解析(1)實驗中的分力與合力的關系必須滿足：|F1F2|F3F1F2，因此B、C、D選項是可以的(2)A(3)甲實驗中F3是豎直向下的答案(1)BCD(2)A(3)甲預測高考命題視角以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)拓展性、開放性、探究性等特點視角1考查對實驗原理的理解、實驗方法的遷移(如典例2及變式跟蹤2)視角2實驗器材的改進用橡皮筋彈簧秤三個相同的橡皮筋，

12、可將三個橡皮筋系于一點，互成角度地將它們拉長，記下各自的拉力方向，伸長后的長度，并測出原長，根據(jù)伸長量確定三個拉力的大小關系，再結合力的圖示作圖驗證平行四邊形定則使用力的傳感器用力傳感器確定各力的大小，同時確定細繩中拉力的方向，再結合力的圖示作圖驗證平行四邊形定則1在探究求合力的方法時，先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)(多選)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法是正確的_(填字母代號)A將橡皮條拉伸相同長度即可B將橡皮條沿相同方向拉到相同長度

13、C將彈簧秤都拉伸到相同刻度D將橡皮條和繩的結點拉到相同位置(2)(單選)同學們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是_(填字母代號)A兩細繩必須等長B彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行C用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應盡可能大D拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要近些解析(1)該實驗的關鍵是等效替代，故選B、D.答案(1)BD(2)B2在“探究共點力合成規(guī)律”的實驗中，某同學經(jīng)歷了以下實驗步驟：A在白紙上按比例做出兩個力F1和F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作圖求出合力F；圖248B只用一個測力計，通過細繩把橡皮筋拉同樣長度；C記下兩個測力計F1和F2的讀數(shù)，并

14、且記錄它們的方向；D在水平放置的木板上，墊一張白紙，把橡皮筋的一端固定在板上P點，用兩條細繩連接在橡皮筋的另一端，通過細繩同時用兩個測力計互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋與細繩的連接點到達某一位置O，并記下此位置，如圖248所示；E記下測力計的讀數(shù)F和細繩方向，按同一比例作出這個力的圖示，比較這個實測合力F和按平行四邊形定則求出的合力F，看它們的大小和方向是否相近；F用刻度尺測量出P、O之間的距離并記錄；G改變兩測力計拉力的大小和方向，多次重復實驗，從實驗得出結論(1)上述實驗步驟有明顯的錯誤，這個步驟是_(填選項前的字母)；正確的操作應為_(2)上述實驗步驟中有一步驟是多余的，這個步驟是_(填選

15、項前的字母)；(3)將以上實驗步驟按正確順序排列，應為_(填選項前的字母)解析(1)B中只是說“通過細繩把橡皮筋拉同樣長度”，并沒有強調沿PO方向(2)本實驗中只需要保證彈簧秤兩次作用的效果相同即可，沒有必要記錄橡皮筋被拉伸的實際長度，故多余的步驟是F.(3)根據(jù)本實驗的實驗原理可知，題述實驗步驟合理的順序是DCABEG.答案(1)B只用一個測力計，通過細繩把橡皮筋拉到O點(2)F(3)DCABEG3用等效代替法驗證力的平行四邊形定則的實驗情況如圖249甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細繩的結點，OB和OC為細繩，圖乙是白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖圖249(1)本實驗中“等效代替”

16、的含義是_A橡皮筋可以用細繩替代B左側彈簧測力計的作用效果可以替代右側彈簧測力計的作用效果C右側彈簧測力計的作用效果可以替代左側彈簧測力計的作用效果D兩彈簧測力計共同作用的效果可以用一個彈簧測力計的作用效果替代(2)圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿著AO方向的是_，圖中_是F1、F2合力的理論值，_是合力的實驗值(3)(多選)完成該實驗的下列措施中，能夠減小實驗誤差的是_A拉橡皮筋的繩細一些且長一些B拉橡皮筋時，彈簧秤、橡皮筋、細繩應貼近木板且與木板面平行C拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些D使拉力F1和F2的夾角很小解析(1)驗證平行四邊形定則的實驗中，第一次同時用兩個彈簧測

17、力計作用在橡皮筋上，將橡皮筋與細線的結點拉到一個合適的位置，第二次只用一個彈簧測力計作用在橡皮筋上，使橡皮筋與細線的結點到達同樣的位置，可見兩次彈簧測力計對橡皮筋產(chǎn)生的作用效果相同，可以等效替代，故選D.(2)根據(jù)第(1)問的分析可知，力F一定沿AO方向；據(jù)平行四邊形定則合成出來的力F是合力的理論值，而力F則是合力的實驗值(3)細繩越細，重力等因素的影響越小，彈簧測力計的讀數(shù)越準確；細繩越長，則確定彈簧拉力的方向就越準確；拉橡皮筋時，彈簧測力計、橡皮筋、細繩應貼近木板且與木板面平行，可以避免彈簧測力計中的金屬桿與測力計外殼之間的摩擦；拉橡皮筋的細繩長些，在標記同一細繩方向時兩點就可以畫得適當遠

18、一些，這樣作圖造成的誤差就?。焕1和F2的夾角很小時，作圖造成的誤差會較大綜上所述，選A、B、C.答案(1)D(2)FFF(3)ABC4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(N)0.501.001.502.002.503.003.50伸長量x(102 m)0.741.802.803.724.605.586.42根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖2410中作出Fx圖象并求得該彈簧的勁度系數(shù)k_N/m；圖2410圖2411(2)某次實驗中，彈簧秤的指針位置如圖2411所示，其讀數(shù)為_N；同時利用(1)中結果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N，請在下列虛線框中畫出這兩個共點力的合力F合；(3)由圖得到F合_N.解析(1)以水平方向為x軸，豎直方向為F軸，建立直角坐標系，然后描點，選盡可能多的點連成一條線，其圖線的斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k，在直線上任取一點，如(6×102，3.2)，則k N/m53 N/m.(2)彈簧秤的讀數(shù)為2.10 N，選標度合力的圖