鲁科版高中物理必修1讲义实验验证力的平行四边形定则Word文档下载推荐.docx
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（1）用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．
（2）用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计时的拉力F′的图示，如图所示．
（3）比较一下力F′与用平行四边形定则求出的合力F，在误差允许的范围内大小和方向是否相同．
（4）改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次．
四、误差分析
产生原因
减小方法
偶然
误差
读数误差
读数时眼睛要正视刻度线
作图误差
作图时严格尺度规范作图
系统
弹簧测力计
本身的误差
调零、两弹簧测
力计对拉读数相等
五、注意事项
1．弹簧测力计的选取方法：
将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；
若读数不同，应另选，直至相同为止．
2．保证分力与合力作用效果相同的方法：
在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同．
3．橡皮条老化的检查方法：
用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．
4．弹簧测力计夹角范围：
用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°
到120°
之间为宜．
5．拉力的选取原则：
在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些．
6．画力的图示的注意事项：
在同一次实验中，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1】 某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则，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：
如图所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、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．
（1）为完成实验，下述操作中必需的是________．
A．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]
（1）必需测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长度，这样才能确定橡皮筋的伸长量，确定各力的大小，还需记录悬挂重物后结点O的位置，同时记下三条橡皮筋所在的方向，以便确定各拉力的方向，根据平行四边形定则作出合力的图示．因此，必需的操作是B、C、D.
（2）改变条件再次验证可采用更换不同的小重物的方法．
[答案]
（1）BCD
（2）更换不同的小重物
【例2】 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水平桌面上，如图（a）所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．
（a） （b）
（1）用一只弹簧测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图（b）所示，F的大小为________N.
（2）撤去
（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；
现使用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由弹簧测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.
①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；
②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．
[解析]
（1）由弹簧测力计的读数规则可知，读数为4.0N.
（2）①利用平行四边形定则作图，如答图所示．
②由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标对应长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.
[答案]
（1）4.0
（2）①F1、F2和F合如图所示②4.0 0.05
（1）本实验采用的是等效替代的思想方法，实验中要保证一个合力与两个分力效果相同，同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变．
（2）画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画得大一些，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．
1．“探究求合力的方法”的实验原理是等效原理，其等效性是指（ ）
A．使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变
B．使两分力与合力满足平行四边形定则
C．使两次橡皮筋伸长的长度相等
D．使两次橡皮筋与两绳套的结点都与O点重合
D [“探究求合力的方法”的实验中，两次拉伸橡皮筋时，伸长的长度及伸长的方向均相同，两分力与合力的作用效果才相同，才具有等效替代关系；
因此C错误，D正确；
实验过程中，弹簧测力计的拉力的大小和方向是可以改变的，A错误；
合力与分力间一定满足平行四边形定则，不是人为造成的，故B错误．]
2．在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套（如图所示）．实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必须注意以下几项：
A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行
其中正确的是（ ）
C [该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故B错误；
与两绳长短无关，A错误；
但需使两分力与合力在同一平面内，故C正确．]
3．“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图．
甲 乙
（1）图乙中的________是力F1和F2的合力的理论值；
________是力F1和F2的合力的实际测量值．
（2）在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？
答：
______（选填“变”或“不变”）．
（3）本实验采用的科学方法是________．
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法D．建立物理模型法
[解析]
（1）用平行四边形定则作图得到的是实验的理论值，即F；
直接测量得到的是实际测量值，即F′.
（2）细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力F1、F2，换用橡皮筋拉结果是一样的．
（3）力的合成与分解使用的是等效替代法．B正确．
[答案]
（1）F F′
（2）不变 （3）B
4．如图甲为“探究求合力的方法”的实验装置．
（1）下列说法中正确的是________．
A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置可以变化
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.
[解析]
（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A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，应注意估读．
[答案]
（1）C
（2）4.00
5．在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端．用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示．请将以下的实验操作和处理补充完整：
（1）用铅笔描下结点位置，记为O；
（2）记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳（套）的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；
（3）只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_____________________________
___________________________________________________
___________________________________________________；
（4）按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；
（5）根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；
（6）比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验．
[解析] 使一个力F3的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同，都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，则力F3表示这两个力F1、F2的合力．作出力F3的图示，再根据力的平行四边形定则作出力F1、F2的合力F的图示，比较F和F3的大小和方向是否相同，从而验证力的平行四边形定则．
[答案] （3）沿此时细绳（套）的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线 （6）F和F3
6．某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．
甲
实验步骤：
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．
②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：
F（N）
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l（cm）
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力计为FOO′.
④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.
乙
完成下列作图和填空：
（1）利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm
（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.
（3）根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．
（4）通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．
[解析]
（1）在坐标系中描点，用平滑的曲线（直线）将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧．如图甲所示，由图线可知与横轴的交点为橡皮筋的原长，即l0＝10.0cm.
（2）橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60cm，由图甲可得F＝1.80N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80N.
（3）利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力F′，如图乙所示．
（4）FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论．
[答案]
（1）见解析 10.0（9.8、9.9、10.1均正确）
（2）1.80（1.70～1.90均正确）
（3）见解析
（4）FOO′
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