2017高考物理復習方案第2章相互作用實驗三驗證力的平行四邊形定則(含解析)新人教版

1、實驗三驗證力的平行四邊形定則1 實驗原理與操作實驗目的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。.實驗原理等效思想：使一個力F的作用效果和兩個力Fi和F2的作用效果相同，就是使同一條一 端固定的橡皮條伸長到同一點O即伸長量相同，所以F為Fi和F2的合力，作出力F的 圖示，再根據平行四邊形定則作出力Fi和F2的合力F的圖示，比較F、F在實驗誤差允許的范圍內是否大小相等、方向相同。實驗器材方木板，白紙，彈簧測力計（兩只），橡皮條，細繩套（兩個），三角板，刻度尺，圖釘（幾 個） 。實驗步驟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

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，細繩的另一端各系上細繩套。|03 用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結點拉到某一位置Q如圖所示。4 用鉛筆描下0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。5.用鉛筆和刻度尺在白紙上從0點沿兩條細繩的方向畫直線，按一定的標度作出兩個 力Fi和F2的圖示，并以Fi和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過0點的平行四邊形的對角線即為合力F。6只用一個彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結點拉到同樣的位置Q讀出并記錄彈簧測力計的示數，記下細繩的方向，按同一標度用刻度尺從0點作出這個力F的圖示。7比較F

3、與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向，看它們在實驗誤差允許的范圍內是否相等。&改變F和F2的大小和方向，再做兩次實驗。2 數據處理與分析數據處理梳理*對點激活2考點實驗原理與操作1 用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測 力計的拉力Fl和F2的圖示，并以Fl和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過0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0點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計的拉力F的圖示。3比較F與F是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則。誤差分析1 讀數誤差彈簧測力計數據在允許的情況下，盡量大一些，讀數

4、時眼睛一定要正視，要按有效數字正確讀數和記錄。2作圖誤差* 1(1) 結點0的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準確，造成作圖誤差。(2) 兩個分力的起始夾角a太大，如大于 120,再重復做兩次實驗，為保證結點0位置不變(即保證合力不變)，則a變化范圍不大，因而彈簧測力計示數變化不顯著，讀數誤 差較大，導致作圖產生較大誤差。(3) 作圖比例不恰當、不準確等造成作圖誤差。注意事項1 同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數相同，則可選；若讀數不同，應調整或另換，直至相 同為止。2.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點0位置一定要相同

5、。3. 用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在 60100之間為宜。4 讀數時應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。讀數時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數值盡量大些。5 細繩套應適當長一些，便于確定力的方向。不要直接沿細繩套的方向畫直線，應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0點連接，即可確定力的方向。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。它案設計本實驗用

6、一個彈簧測力計也可以完成，具體操作如下：1.把兩條細繩套中的一條細繩套與彈簧測力計連接，另一條細繩套用手直接抓住，然 后同時拉這兩條細繩套，使結點至0點，記下兩條細繩套的方向和彈簧測力計的示數F1。2放回橡皮條后，將彈簧測力計連接到另一細繩套上，用手再同時拉這兩條細繩套， 使結點至0點，并使兩條細繩套位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計的示數F2。3 其他步驟與提供兩只彈簧測力計相同?？键c細研悟法培優(yōu)30典例示法_例 12016 長沙模擬某同學做“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實驗結果畫出的圖

7、。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；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Fi和F2的圖示，并用平 行四邊形定則求出合力F;E.

8、 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，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，得出結論。上述步驟中：有重要遺漏的步驟的序號是 _ 和_；遺漏的內容分別是_ 和_ 。嘗試解答 (1)F _(2)B _(3)C_E_C 中應加上“記下兩條細繩的方向”_E 中應說明“把橡皮條的結點拉到同一位置O。O點的拉力一定沿AO方向；而根據平行四邊形定則作出的合AO方向，故一定沿AO方向的是F。C.控制變量法(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至4(2) 一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，B 正確。(3

9、)根據“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點拉到同一位置Q5巧記驗證力的平行四邊形定則實驗應注意的問題用兩個彈簧秤拉橡皮條時的“三記錄”（記錄兩彈簧秤示數、兩細繩方向和結點0的位置），用一個彈簧秤拉橡皮條時的“二記錄”（記錄彈簧秤示數和細繩方向）及“一注意”（結 點0的位置必須在同一位置）等。0變式題組_某同學用如圖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0點，手持另一端向左拉，使結點0靜止在某位置。分別讀出彈簧測力

10、計A和B的示數，并在貼于豎直木板的白紙上記 錄0點的位置和拉線的方向。（1）本實驗用的彈簧測力計示數的單位為N,圖中A的示數為（2）_ 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0點靜止在同一位置（3）某次實驗中，該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法。答案（1）3.6D （3）使B拉力減??；減小M的重力大??；把A換成量程更大的彈簧測力計或改變B的拉力方向等（任選兩個）解析（1）根據彈簧測力計的指針位置以及讀數規(guī)則可知A的示數為 3.

11、6 N。（2）要驗證的關系是A、B兩個彈簧測力計的拉力的合力與M的重力等大反向，所以應測量M的重力。為減小測量誤差，彈簧測力計應在使用前校零，拉力的方向與木板平面平行， A B、C對。改變拉力進行多次實驗，0點位置可以不同，D 錯。（3）A的拉力超過其量程，為減小A的數值，有多種方法，例如：使B拉力減小，減小M的重力大小，把A換成量程更大的彈簧測力計，改變B的拉力方向等。0典例示法例 2 在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，需要將橡皮筋的一端固定在水平木板總結升華考點數據處理與誤差分析6上，另一端系上兩根細繩，0為橡皮筋與細繩的結點。7(1)實驗過程中，除記錄彈簧測力計的讀數和O點位置，還必

12、須記錄。在坐標紙上畫出了如圖所示的兩分力Fl和F2，圖中小正方形邊長表示1 N，則兩力的合力F=(2)_ 為減小實驗誤差，下列措施正確的是。A. 兩條細繩的夾角必須很大B. 彈簧測力計、細繩、橡皮筋都應與木板平面平行C. 拉橡皮筋的細繩要稍長一些，標記同一條細繩的方向時兩標記點要適當近一些D. 應盡量避免彈簧測力計與木板間的摩擦嘗試解答兩根細繩的方向_6_(2)BD。(1) 關于實驗操作步驟：除記錄彈簧測力計的讀數和O點位置，還必須記錄兩根細繩的方向，作出平行四邊形，然后量取對角線的長度，即得F=6 N。(2) 實驗中，為減小實驗誤差，兩條細繩的夾角稍大便于作平行四邊形，但不一定“必須很大”，

13、故選項 A 錯誤；彈簧測力計、細繩、橡皮筋都應與木板平面平行，故選項B 正確;拉橡皮筋的細繩要稍長一些， 標記同一條細繩的方向時兩標記點要適當遠一些，這樣畫出的拉力方向較為準確， 故選項 C 錯誤；應盡量避免彈簧測力計與木板間的摩擦，這樣測出的拉力較準確，故選項 D 正確。0 0變式題組_在“探究求合力的方法”實驗中，現有木板、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，得到的實驗數據如下表:彈力F(N)0.501.001.502.002.503.003.50伸長量-2x(10m)0.741.802.803.724.605.586.42/

14、()78用作圖法求得該彈簧的勁度系數k=_ N/m。9某次實驗中，彈簧秤的指針位置如圖所示，其讀數為 _ 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。（3）3.3（解析（1）根據表格數據描點，然后連成一條過原點的直線，直線的斜率等于彈簧的勁度 系數。k衣,3.5=6.4X10讀出彈簧秤的讀數為2.10 N（保留三位有效數字）；以O為頂點，畫出兩彈簧的繩套方向就是兩拉力方向， 再確定并畫好力的標度， 畫出兩拉力的圖示， 以兩拉力為鄰邊作出平行四邊形，畫出平行四邊形的對角線，即合力F合。（3）用刻度尺量出合力的長度，根據確定的標度算出合力的大小?？键c計（

15、3）由圖得到F合=_答案（1）如圖所示_No55（說明：2內都可）實驗創(chuàng)新設(2)2.10(10A典例示法_例 3 某同學在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到兩條相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子，設計了如下實驗：將兩條 橡皮筋的一端用細繩連接于結點O兩條橡皮筋的另一端分別掛在墻上的釘子A及重物C上,同時用一條細繩一端與結點O相連，另一端用釘子B固定在墻上。(1) 為完成該實驗，下述操作中必需的是 _。A. 測量細繩0B的長度B. 測量橡皮筋的原長C. 測量懸掛重物后橡皮筋的長度D. 記錄懸掛重物后結點0的位置E. 記錄細繩0B的位置F. 使橡

16、皮筋0A細繩0B交換位置并保持0點位置不變，再重新固定細繩和橡皮筋，測量橡皮筋的長度(2) 要完成該實驗，該同學在操作過程中，對減小實驗誤差有益的做法是_。A. 兩橡皮筋必須等長、粗細相同B. 細繩、橡皮筋都應與豎直墻面平行C. 橡皮筋伸長量應盡可能大D. 拉橡皮筋的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些嘗試解答(1)BCDEF_(2)ABD。(1) 要驗證平行四邊形定則，需要測量力的大小和方向，故需要測量橡皮筋的原長及拉伸后長度，因橡皮筋的勁度系數相同，根據橡皮筋的形變量可以測出三個力的比例關系，從而作出力的圖示，進而驗證平行四邊形定則，故必需的操作為BCDEF(2) 因為要根據橡皮筋的形

17、變量確定力的大小，故必須保證橡皮筋完全相同；要保證測量誤差較小，還需要保證三個力在一個平面內；在標記力的方向時，應使所描兩點的距離較大，減小作圖時的誤差，故 A、B D 正確。0 0變式題組II_2015 濟南模擬如圖所示，某實驗小組的同學利用DIS 實驗裝置研究支架上力的分解。A、B為兩個相同的雙向力傳感器，該型號傳感器在受到拉力時讀數為正，受到壓力時讀數 為負。A連接質量不計的細繩，可沿固定的板做圓弧形移動。B固定不動，通過光滑鉸鏈連接長為 0.3 m 的桿。將細繩連接在桿右端0點構成支架，保持桿在水平方向，按如下步驟操作：111測量繩子與水平桿的夾角/AOR 0。2對兩個傳感器進行調零。

18、3用另一細繩在O點懸掛一個鉤碼，記錄兩個傳感器的讀數。4取下鉤碼，移動傳感器A改變0角。 重復上述實驗步驟，得到如下表格。Fi1.0010.5801.002F20.8680.2910.86503060150(1)_根據表格，A傳感器對應的是表中力(填“Fi”或“F2”)。鉤碼質量為_kg(保留一位有效數字)。(2)_本實驗中多次對傳感器進行調零，對此操作的說明正確的是 _。A. 因為事先忘記調零B. 何時調零對實驗結果沒有影響C. 為了消除橫桿自身重力對結果的影響D. 可以完全消除實驗誤差答案(1)Fi0.05(2)C解析(1)A傳感器中的力均為正值，故A傳感器對應的是表中力Fi,平衡時有mg

19、=Fisin0,當0= 30 時，Fi= 1.001 N，可求得 m= 0.05 kg。(2)在掛鉤碼之前，對傳感器進行調零，是為了消除橫桿自身重力對結果的影響，故選項 C 正確。板塊三高考模擬隨堂集訓1. 2016 正定模擬(多選)在“探究求合力的方法”的實驗中，下列說法正確的是( )A. 用三個已校好的彈簧測力計才能完成此實驗B. 用兩個校好的彈簧測力計就可以完成此實驗C. 用一個校好的彈簧測力計也能完成此實驗D. 實驗中彈簧測力計的外殼與紙面間的摩擦將會影響實驗的結果Z/vj答案 BC解析由實驗原理可知，當需要用兩個彈簧測力計同時拉橡皮筋時， 在確定結點O及兩 個分力的方向的情況下， 可

20、以用一個彈簧測力計先拉一側， 另一側直接用細繩拉， 先確定一 個分力的大小，然后用同樣的方法再確定另外一個分力的大小，B、C 正確，A 錯誤；外殼與紙面間摩擦不影響測力計讀數，不影響實驗結果，D 錯誤。2.2015 山東高考某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟：121將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。圖甲2如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉， 直到彈簧秤示數為某一設定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O、Q,記錄彈簧秤的示數F,測量并記錄O、Q間的距離(即橡皮筋的長度I)。每次將彈簧秤示數改變0.50 N,測出所對應的I，部

21、分數據如下表所示：HN)00.501.001.502.002.50I(cm)I010.9712.0213.0013.9815.053找出中F= 2.50 N 時橡皮筋兩端的位置，重新標記為Q Q，橡皮筋的拉力記為FQQ。4在秤鉤上涂抹少許潤滑油， 將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到Q點，將兩筆尖的位置標記為A、B,橡皮筋QA段的拉力記為FQAQB段的拉力記為FQBO圖乙完成下列作圖和填空：(1)利用表中數據在圖丙中畫出_F-I圖線， 根據圖線求得Io=cm。測得QA=6.00 cm ,QB=7.60 cm，貝 UFQA的大小為_N。(3)

22、在圖丁中根據給出的標度，作出FQA和FOB的合力 F的圖示。通過比較 F與_的大小和方向，即可得出實驗結論。ii圖向圖丁答案如圖丙所示 10.0（9.8、9.9、10.1 均正確）解析 如圖丙所示，由圖象知圖線與橫軸交點橫坐標即彈簧原長，故10= 10.0 emo（2）由圖象知橡皮筋的勁度系數k= 50.0 N/m,OA OB的長度之和是 13.60 cm,原長 10cm,則形變量 x= 3.60 cm，所以彈力T=kx= 1.80 N。（3）合力F的圖示如圖丁所示。（4）橡皮筋搭在秤鉤上拉至O點和把橡皮筋掛在秤鉤上拉至O點效果相同，F應與FOO比較。3.2015 安徽高考在“驗證力的平行四邊

23、形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固 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，結點到達紙面上某一位置，如圖所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整；1用鉛筆描下結點位置，記為（2）1.80（1.701.90 均正確）（3）如圖丁所示（4）FOOOF1和F2,沿每條細繩（套）的方向用鉛筆分別描出幾個點,團丁142記錄兩個彈簧測力計的示數 用刻度尺把相應的點連成線；3只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置Q記錄測力計的示數F3,_；4按照力的圖示要求，作出拉力Fi、F2、

24、F3；5根據力的平行四邊形定則作出Fi和F2的合力F；6比較_的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應的改進后再次進行實驗。答案沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線F和F3解析 使一個力F3的作用效果和兩個力Fl、F2的共同作用效果相同， 都是讓同一條一端 固定的橡皮條伸長到某點，則力F3就是這兩個力Fi、F2的合力。作出力F3的圖示，再根據力的平行四邊形定則作出力Fi、F2的合力F的圖示，比較F和F3的大小和方向是否相同， 從 而驗證力的平行四邊形定則。4. 2014 江蘇高考小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。圖屮(1) 實驗記錄紙如圖甲所示，0點

25、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Fi和F2的方向分別過Pi和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過F3點。三個力的大小分別為：Fi= 3.30 NF2= 3.85 N 和F3= 4.25 No 請根據圖中給出的標度作圖求出Fi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，影響實驗結果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現讀數不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。實驗裝置如圖乙所示， 將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于0點，下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,

26、在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程，再次記錄下N的軌跡。ii兩次實驗記錄的軌跡如圖丙所示。過0點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關系為 _。根據 中的實驗，可以得出的實驗結果有哪些？(填寫選項前的字母)()A. 橡皮筋的長度與受到的拉力成正比B.兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2 次的長度較長C.兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第 2 次受到的拉力較大D. 兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大(4)根據小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。 答案見解析，F合=4.64.9 N 都算對(2)

27、Fa=Fb(3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋。(或： 拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋;換用彈性好的彈簧。)解析 作出力Fi、F2和合力的圖示如圖所示；經測量可得合力大小為4.70 N。(2) 橡皮筋被拉伸到a和b時，根據平衡條件，因重物的重力一定，橡皮筋與豎直方向到G的夾角一定，如圖所示，則橡皮筋受的拉力FT=，大小一定，故 F=Fb。COSu(3) 由可知橡皮筋的長度與受的拉力不是正比關系，橡皮筋第 2 次的長度較長，但受jr JFJh.到的拉力與第 1 次相同，選項 A 錯誤，B 正確；若兩次被拉伸相同長度，第2 次橡皮筋與豎G直方向的夾角小，由FT=可知，第 2 次受的拉

28、力較小，選項 C 錯誤；拉力越大時，橡cos016皮筋與豎直方向的夾角越大，由題圖可知，橡皮筋兩次的長度之差越大，選項D 正確。5. 2015 四川成都一診為了較準確地測量某細線能承受的最大拉力，小聰、小明分 別進行了如下實驗：小聰在實驗室里找到一把彈簧測力計，按圖甲所示安裝細線和測力計后，他用力緩慢豎直向下拉測力計，直到測力計的示數達到量程(細線沒有斷裂)，讀出測力計的示數F,將F記為細線能承受的最大拉力。17小明在實驗室里還找到一把刻度尺和一個玩具小熊，接著進行了如下的操作：1用刻度尺測出細線的長度L,用彈簧測力計測出玩具小熊的重力G2按圖乙所示安裝玩具小熊、細線（玩具小熊懸掛在細線的中點）；3兩手捏著細線緩慢向兩邊移動直到細線斷裂，讀出此時兩手間的水平距離d；4利用平衡條件算出結果。在不計細線質量和伸長影響的情況下，請回答：（1）_ 小明算出的細線能承受的最大拉力是（用L、G d表示）；兩