版物理一轮精品复习学案实验3 验证力的平行四边形定则必修1.docx

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版物理一轮精品复习学案实验3验证力的平行四边形定则必修1

【考纲全景透析】

一、实验目的

1.验证互成角度的两个共点力合成时平行四边形定则.

2.培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力.

二、实验原理

等效思想：

使一个力F′的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同，都是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以F′为F1和F2的合力，作出力F′的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F、F′在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同.

三、实验器材

方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉、铅笔.

【热点难点全析】

一、实验步骤

1.用图钉把白纸钉在方木板上.

2.把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在

点如图所示，橡皮条的另一端拴上两个绳套.

3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O.用铅笔描下O点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数.注意在使用弹簧测力计的时候，要使它的弹簧与木板平面平行.

4.用铅笔和刻度尺从力的作用点（位置O）沿着两条绳套的方向画直线，按选定的标度作这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，以F1和F2为邻边利用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示.

5.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置O.读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示.

6.比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，在实验误差允许的范围内看它们是否相等.

7.改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验.

8、误差分析

（1）用两个弹簧测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计不在同一平面内，这样两个弹簧测力计的水平拉力的实际分力比由作图法得到的合力要小，造成实验误差.

（2）结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差.

（3）两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重复做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变），则α变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大.

（4）作图比例不恰当、不准确等造成作图误差.

【例1】在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作正确的是（　　）

．同一次实验过程中，O点位置允许变动

B．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度

C．实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一个弹簧测力计拉力的大小和方向，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，两个弹簧测力计之间的夹角应取90°，以便于算出合力的大小

【答案】B

【详解】实验中有严格的要求：

（1）结点O不允许移动．

（2）弹簧测力计不要达到最大量程，因为一个达到最大，另一个将不好调整．

（3）两个弹簧测力计的拉力夹角不易过大，也不易过小，取90°也可以，并不是必须取90°.

二、注意事项

1.使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处.再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用.

2.实验中的两个细绳套不要太短.

3.在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同.

4.在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向.弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内.要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦.

5.在同一实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些.

【例2】图甲为“探究求合力的方法”的实验装置．

（1）下列说法中正确的是________．

．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置能变化

B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下

C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程

D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°

（2）弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为________N.

【答案】

（1）C　

（2）4.00

【详解】　

（1）在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化，如果变化，即受力变化，所以

选项错误；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O，定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小，所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向，B选项错误；弹簧测力计的使用，不能超过其量程，C选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太小，但不一定为90°，所以D选项错误．

（2）考查弹簧测力计的读数．

【高考零距离】

【2012年】

22．B6[2012·浙江卷]在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤．

（1）为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：

弹力F（N）

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

伸长量x（10－2m）

0.74

1.80

2.80

3.72

4.60

5.58

6.42

用作图法求得该弹簧的劲度系数k＝________N/m；

（2）某次实验中，弹簧秤的指针位置如图所示，其读数为________N；同时利用

（1）中结果获得弹簧上的弹力值为2.50N，请在答题纸上画出这两个共点力的合力F合；

（3）由图得到F合＝________N.

22．[答案]

（1）53（51～55）

（2）2.10（2.08～2.12）　图略

（3）3.3（3.1～3.5）

[解析]

（1）如图所示，在图象上取相距较远的两点P（0.50,0.31）、Q（6.00,3.25）、弹簧的劲度系数k＝

N/cm＝0.53N/cm＝53N/m；

（2）利用作图法作出两个力的图示；

（3）利用作图法求合力

【2011年-2010年】

1.（2011·江苏物理·T10）某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。

弹簧测力计

挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。

弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。

分别读出弹簧测力计

和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中

的示数为_______N。

（2）下列不必要的实验要求是_________。

（请填写选项前对应的字母）

（

）应测量重物M所受的重力

（B）弹簧测力计应在使用前校零

（C）拉线方向应与木板平面平行

（D）改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计

的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。

【答案】

（1）3.6N

（2）D（3）使B拉力减小，减小M的重力大小，

换成量程更大的测力计，改变B的拉力方向等等

【详解】

（1）根据弹簧测力计的指针位置以及读数规则可知

的示数为3.6N，

（2）要验证的关系是

B两个弹簧测力计的拉力的合力与M的重力等大反向，所以应测量M的重力，为减小测量误差应该做到测力计使用前校零，拉力的方向与木板平行，

BC对，改变拉力进行多次实验，O点位置可以不同，D错。

（3）

的拉力超过其量程，为减小

的数值，可以有多个方法，例如：

使B拉力减小，减小M的重力大小，

换成量程更大的测力计，改变B的拉力方向等等。

解答本题时注意：

（1）弹簧测力计的读数要求

（2）该实验与课本实验有何相同点和不同点

2.（09·山东·23）（12分）请完成以下两小题。

（1）某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小事物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉字，设计了如下实验：

将两条橡皮筋的一端分别在墙上的两个钉子

、B上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细胞挂一重物。

①为完成实验，下述操作中必需的是。

．测量细绳的长度

b．测量橡皮筋的原长

c．测量悬挂重物后像皮筋的长度

d．记录悬挂重物后结点O的位置

②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验证，可采用的方法是

答案：

（1）①bcd；②更换不同的小重物；

【考点提升训练】

1.在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，则下列说法中错误的是（）

.同一次实验中，O点位置不允许变动

B.实验中，只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置

C.实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两只弹簧测力计之间的夹角必须取90°

D.实验中，要始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一只弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点

【答案】选B、C、D.

【详解】由合力的定义知，只有两次都把橡皮条拉到同一个位置（O点），实验中测得的才是合力与分力的等效关系，故

说法正确；实验中，除了要记录弹簧测力计的读数、O点的位置以外，还要记录两个分力的方向（即绳子拉的方向），故B说法是错误的；两个弹簧测力计之间的夹角实际上就是两个分力的夹角，这个夹角应当是任意的，故C说法也是错误的；实验中如果始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，则在调节另一只弹簧测力计时很容易使得这只弹簧测力计超过其量程，是不允许的，故D说法也是错误的.

2．如图所示，用

、B两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到O点

，现保持

的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计B的拉力大小和方向，可使O点保持不变，这时：

（1）B的示数应是（　　）．

．一定变大B．一定不变

C．一定变小D．变大、不变、变小均有可能

（2）夹角β的变化应是（　　）．

．一定变大B．一定不变

C．一定变小D．变大、不变、变小均有可能

解析　本题重点考查作图法求解力的合成问题，只有规范

作图才能做出正确判断，切忌作图时随意乱画．

“使O点保持不变”即表明

、B拉力的合力的大小和方

向不变，则以O为圆心，以

的拉力大小为半径画圆弧如

右图所示，根据平行四边形定则，按题意α减小，可知B

的拉力的大小和方向均发生相应的变化．由图可知B的拉

力的大小和角度β都将变小，故

（1）、

（2）均选C.

答案　

（1）C　

（2）C

3.某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：

将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子

、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物，如图2－5－6所示．

（1）为完成该实验，下述操作中必需的是________．

．测量细绳的长度

b．测量橡皮筋的原长

c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度

d．记录悬挂重物后结点O的位置

（2）钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_____________．

解析　运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边，作平行四边形，其对角线是否和合力相符．本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边做平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证．为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O点位置．故应选b、c、d.可以通过改变小重物改变各力的大小．

答案　

（1）bcd　

（2）更换不同的小重物

4．（2012·西安模拟）某同学在学完“力的合成”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个弹簧秤，按如下步骤进行实验．

．在墙上贴一张白纸用来记录弹簧秤弹力的大小和方向

B．在一个弹簧秤的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧秤的读数F

C．将一根大约30cm长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧秤的挂

钩上．在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧秤的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧秤的示数如图甲所示

D．在白纸上按一定标度作出两个弹簧秤的弹力的图示，如图2－5－7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′

图

（1）在步骤C中，弹簧秤的读数为________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．

解析　

（1）弹簧秤读数时需要估读，最终的读数要以有效数字的形式给出，根据图甲弹簧

秤指针的位置，可读出力的大小为3.00N.

（2）根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在图乙上由已知的两个

力作出平行四边形，测量出平行四边形的对角线的长度，与标度1N的长度进行比较，

可求出F′的大小为（5.2±0.2）N.

（3）若F′在竖直方向且数值与F近似相等，则在实验误差允许的范围内可以验证力的平

行四边形定则．

答案　

（1）3.00　

（2）5.2±0.2　（3）F′在竖直方向且数值与F近似相等

5．如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解．

、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．

连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆．将细绳连接在杆右端O

点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：

①测量绳子与水平杆的夹角∠

OB＝θ

②对两个传感器进行调零

③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数

④取下钩码，移动传感器

改变θ角

重复上述实验步骤，得到表格.

F1/N

1.001

0.580

…

1.002

…

F2/N

－0.868

－0.291

…

0.865

…

θ

30°

60°

…

150°

…

（1）根据表格数据，

传感器对应的是表中力________（选填“F1”或“F2”）．钩码质量为

________kg（保留一位有效数字）．

（2）本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是（　　）．

．因为事先忘记调零

B．何时调零对实验结果没有影响

C．为了消除横杆自身重力对结果的影响

D．可以完全消除实验的误差

解析　

（1）

传感器中的力均为正值，故

传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sin

θ，当θ＝30°时，F1＝1.001N，可求得m＝0.05kg.

（2）在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故

C正确．

答案　

（1）F1　0.05　

（2）C

6.有同学利用如右图所示的装置来验证力的平行四边形定则：

在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮

和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力FTO

、FTOB和FTOC，回答下列问题：

（1）改变钩码个数，实验不能完成的是（　　）

．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4

B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4

C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4

D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5

（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是（　　）

．标记结点O的位置，并记录O

、OB、OC三段绳子的方向

B．量出O

、OB、OC三段绳子的长度

C．用量角器量出三段绳子之间的夹角

D．用天平测出钩码的质量

（3）在作图时，你认为下图中________是正确的．（填“甲”或“乙”）．

【答案】

（1）

（2）

　（3）甲　实验中F3是竖直向下的

【详解】　

（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：

|F1－F2|

（2）

（3）甲　实验中F3是竖直向下的．

7．“验证力的平行四边形定则”实验中

（1）部分实验步骤如下，请完成有关内容：

．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．

B．在其中一根细线挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：

________、________、________.

C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使________________________________________________________________________，

记录__________________________________________________________________．

（2）如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中

＝________.

【答案】　

（1）B.钩码个数（或细线拉力）

橡皮筋与细线结点的位置O

细线的方向（说明：

能反映细线方向的其他记录也可以）

C．橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合

钩码个数和对应的细线方向

（2）

【详解】本题考查力的平行四边形定则．本实验中的几个重点：

（1）等效性：

合力和分力的效果要相同，所以在实验中橡皮筋结点每一次都到同一位置．

（2）记录合力的大小和方向．本实验通过钩码个数计算力的大小，力的方向由橡皮筋上取两点连线．

8.在做验证力的平行四边形定则实验中：

（1）除了方木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅笔和刻度尺外，还需要的器材有：

________________________.

（2）在此实验中，假如F1的大小及方向固定不变，那么为了使橡皮条仍然伸长到O点，对F2来说，下面几种说法中正确的

是（）

.F2可以有多个方向

B.F2的大小可以有多个值

C.F2的方向和大小是惟一确定值

D.F2的方向是惟一的，但大小可有多个值

【答案】

（1）两个弹簧测力计

（2）

、B

【详解】

（1）除了题中给出的仪器，还需要两个弹簧测力计.

（2）选

、B.当F1的大小和方向固定后，使橡皮条伸长到O点，F2可以有多个方向，而每改变一次方向，F2的大小也要相应改变，故

、B正确，C、D错误.