实验3 验证力的平行四边形定则考点解读高考物理一轮复习实验考点全析.docx

实验3 验证力的平行四边形定则考点解读高考物理一轮复习实验考点全析.docx

《实验3 验证力的平行四边形定则考点解读高考物理一轮复习实验考点全析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验3 验证力的平行四边形定则考点解读高考物理一轮复习实验考点全析.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验3验证力的平行四边形定则考点解读高考物理一轮复习实验考点全析

实验3验证力的平行四边形定则

Ø要点梳理

一、实验目的

1.验证力的平行四边形定则。

2.理解等效替代思想的应用。

二、实验原理

一个力F'的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条端固定的橡皮筋伸长到同一一点，所以力F'就是这两个力F1、F2的合力。

作出力F、F2和F'的图示，再根据平行四边形定则作出力F1、F2的合力F的图示，如实验图所示。

比较F、F'的大小和方向，若在实验误差允许范围内相等，则可验证平行四边形定则的正确性。

三、实验器材

木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（几个）。

四、实验步骤

1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的木板上。

2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。

3.用两只弹簧测力计a、b分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示。

记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。

4.只用一只弹簧测力计c通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。

5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做实验两次。

五、数据处理

1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边作平行四边形，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实验步骤4中弹簧测力计c的拉力F'的图示。

3.比较F与F'是否重合。

六、注意事项

（1）正确使用弹簧测力计：

①本实验需要选用规格相同的两只弹簧测力计；②使用时读数尽量大，但不能超出范围；③被测力的方向与轴线方向要一致；④读数时应正对、平视刻度。

（2）位置不变：

在同一次实验中，橡皮筋拉长后，点O的位置必须保持不变。

（3）角度合适：

用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮筋时，夹角不宜太大也不宜太小，以60°-100°为宜。

（4）确定方向：

细绳套应适当长一些，便于确定力的方向，不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端的橡皮筋处用铅笔画-个点，去掉细绳套后，再将所标点与0点连接，即可确定力的方向。

（5）统一标度：

在同一次实验中，画力的图示时所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。

七、误差分析

1.偶然误差:

弹簧测力计读数和作图造成偶然误差，需要多做几次实验，并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。

2.减小误差的办法:

（1）实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。

（2）作图时应借助三角板，使表示两力的对边一定要平行。

Ø例题赏析

题型一实验原理与操作

1．两位同学在探究“两个互成角度的力的合成”的实验中，利用图钉、木板、橡皮条、细绳套、弹簧测力计、白纸、刻度尺等器材进行有关实验。

（1）其主要实验步骤如下：

①将图钉、白纸固定在木板上，把系好细绳套的橡皮筋挂在图钉上；

②用两个弹簧测力计互成角度的拉伸橡皮筋，记录此时两个测力计的读数F1、F2及其方向；

③用一个弹簧测力计拉伸橡皮筋，并记录此测力计的读数F'及其方向；

④在白纸上作出三个力的图示，并探究它们的关系。

以上步骤中，存在问题的步骤是　②③　（填写步骤前的序号）。

（2）如图甲，乙所示是这两名同学探究得到的结果，则可判定其中　甲　（填“甲”或“乙”）实验结果是尊重实验事实的。

（3）两弹簧测力计拉力的图示已在图丙中作出，方格每边的长度表示1.0N，按照作图法可得合力的大小为　7.0（6.9～7.2）　N（结果保留两位有效数字）。

【答案】

（1）②③；

（2）甲；（3）7.0（6.9～7.2）。

【解析】

（1）②用两个弹簧测力计通过两个互成角度的拉伸橡皮筋，使之伸长到一定长度，在白纸上记下结点位置O，同时记下两个弹簧测力计读数F1、F2和方向。

③只用一个弹簧测力计，拉伸橡皮筋，结点拉到O点，记下弹簧测力计读数F'和方向。

故存在问题的步骤是②③。

（2）用一个弹簧测力计拉伸橡皮筋时，拉力F'的作用线一定沿着OA方向，故甲实验结果是尊重实验事实的。

（3）已知分力求合力，根据平行四边形定则作图，如图：

故合力为7.0N，

故答案为：

（1）②③；

（2）甲；（3）7.0（6.9～7.2）。

2．在“验证力的平行四边形定则”实验中，某小组利用平木板、细绳套、橡皮条、弹簧测力计等装置完成实验。

（1）为了使实验能够顺利进行，且尽量减小误差，你认为下列说法或做法能够达到上述目的是　ABDE　。

（填选项前的字母）

A．使用弹簧测力计前应将测力计水平放置，然后检查并矫正零点

B．用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应沿弹簧的轴线，且与水平木板平行

C．两细绳套必须等长

D．用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应适当大些，但不能超过量程

E．同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置

（2）如图所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中一个实验比较符合实验事实的是　甲　。

（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示）

（3）在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中，若合力测量值F'是准确的，造成误差的主要原因是：

（至少写出两种情况）　①作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行平行；②确定分力的方向不准确存在误差。

　。

【答案】

（1）ABDE；

（2）甲；（3）①作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行平行；②确定分力的方向不准确存在误差。

【解析】

（1）A、为了读数准确，在进行实验之前，使用弹簧测力计前应将测力计水平放置，然后检查并矫正零点，故A正确；

B、为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板，故B正确；

C、为减小实验误差，细绳套应适当长些，两细绳套不必等长，故C错误；

D、为减小实验误差，用弹簧测力计拉细绳套时，拉力应适当大些，但不能超过量程，故D正确；

E、为使力的作用效果相同，同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置，故E正确。

故选：

ABDE。

（2）实验中F是由平行四边形得出的理论值，而F′是通过实验方法得出的实际值，其方向一定与橡皮筋的方向相同，而由于实验过程不可避免的存在误差，因此理论值F的方向与竖直方向总要有一定夹角，所以甲比较符合实验事实。

（3）由图甲所示可知，理论值F的大小比真实值F′小且方向比真实值方向偏左；出现误差的原因主要是在做平行四边形时出现误差，或测力的大小与确定分力方向时出现误差，故具体情况可能为：

①作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行平行；②确定分力的方向不准确存在误差；③测力计读数存在误差。

故答案为：

（1）ABDE；

（2）甲；（3）①作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行平行；②确定分力的方向不准确存在误差。

3．某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，（装置竖直放置）

（1）下列说法中正确的是　AC　。

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的位置不能变化

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°

E．本实验采用的科学方法是控制变量法

（2）弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为　4.00　N。

【答案】

（1）AC；

（2）4.00。

【解析】

（1）AE．实验采用的是“等效替代”的方法，即一个合力与几个分力共同作用的效果相同，可以互相替代，所以结点O的位置在同一组实验中不能变动；故A正确，E错误；

B．细线对结点O的拉力方向沿O点与滑轮间的细线方向，不沿弹簧测力计拉细线的方向，故B错误；

C．用一根弹簧测力计拉结点O时，此弹簧测力计的拉力即为合力的实际值，所以F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程，故C正确；

D．实验过程中，对F1、F2方向间夹角没有要求一定为90°，应适当的大一些，故D错误。

故选：

AC；

（2）由图可知分度值为0.1N，根据指针所指刻度可得拉力大小为4.00N。

故答案为：

（1）AC；

（2）4.00。

题型二实验数据处理

5．在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。

图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示。

（1）图乙中的F是力F1和F2合力的　实际测量　值。

（请填写“理论值”或是“实际测量值”）；

（2）本实验探究合力与分力关系用到的科学思想方法是　等效替代　。

（请从“理想化模型”、“等效替代”“放大微小量”“控制变量”四种中选填一种）

【答案】见试题解答内容

【解析】

（1）由图甲所示可知，F与OA在同一直线上，F是合力的实际测量值。

（2）本实验应用了等效替代法。

故答案为：

（1）实际测量；

（2）等效替代。

7．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，

（1）某同学第一步用一个弹簧测力计钩住细绳套拉橡皮条，使结点到达某一位置O；第二步用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套互成角度地拉橡皮条，使结点到达同一位置O．第二步中必须记录的是　D　

A．两细绳的长度和两细绳的方向

B．橡皮条伸长的长度和两细绳的方向

C．两弹簧测力计的读数和橡皮条伸长的长度

D．两细绳套的方向和两弹簧测力计的读数

（2）如图所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F′是通过实验验证测得的合力，则符合实验事实的实验结果是　甲　（填“甲”或“乙”）。

【答案】见试题解答内容

【解析】

（1）A、两细绳的长度不需要记录，故A正确。

B、本实验中橡皮条伸长的长度需要一致，不需要记录橡皮条伸长的长度，故B错误。

C、两次拉橡皮条将橡皮条拉伸相同长度，并且必须保证结点重合，不需要记录橡皮条伸长的长度，故C错误。

D、为了准确作图，实验中必须记录弹簧测力计的拉力的方向和大小，故D正确。

故选：

D。

（2）F1、F2合力的理论值是指通过平行四边形定则求出的合力值，而其实验值是指一个弹簧拉橡皮条时所测得的数值，一定沿AO方向，由此可知F是F1、F2合力的理论值，F′是合力的实验值，由于误差的存在，作图法得到的合力与实验值有一定的差别，故甲更符合实验事实。

故答案为：

（1）D；

（2）甲

8．某兴趣小组通过实验验证力的平行四边形定则。

O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点，一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点，实验测得F1＝3.18N、F2＝2.90N。

（1）在操作过程中，下列说法正确的是　B　。

A．必须测量F1和F2间的夹角

B．弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行

C．两弹簧测力计拉橡皮筋时，两个拉力方向一定要互相垂直

D．拉橡皮筋的细绳要短些，标记同一细绳方向的两点要近些

（2）请用刻度尺上1cm的长度作为1N的标度，在右图中作出两个分力F1和F2的合力F合（保留作图痕迹），并求其大小为　4.2　N。

（3）某同学发现表示F合的线段并不过P3点，上述实验误差产生的原因可能是　力的测量有误差；作图不准确　。

（写出两个原因）

（4）实验中F1与F2的夹角为θ（θ＞90°），保持F1的方向不变，增大θ角，为保证O点不变，F2应该　变大　。

（选填“变大”、“变小”或“不变”）

【答案】见试题解答内容

【解析】

（1）A、用作图法求合力，则不用测量F1和F2间的夹角，故A错误

B．弹簧测力计的拉力方向必须与木板平行，故B正确

C．两弹簧测力计拉橡皮筋时，两个拉力的夹角适当大些，汪一定要互相垂直，故C错误

D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D错误

故选：

B

（2）力的图示如图：

据图及标度可得F＝4.2N

（3）实验误差产生的原因可能是：

力的测量有误差；作图不准确；

（4）对点o受力分析，受到两个弹簧的拉力和橡皮条的拉力，如图，

F1、F2夹角大于90°，现保持O点位置不变，拉力F1方向不变，增大F1与F2的夹角，将F2缓慢转至水平方向的过程中，F2一直增大。

故答案为：

（1）B

（2）作力的图示以及平行四边形4.2；

（3）力的测量有误差；作图不准确

9．在“两个共点力的合成”实验中，某同学做作出如图所示的图，其中A为橡皮条上端的固定点，O为橡皮条与细绳的结点，图中　F　是F1、F2合力的理论值，需要进行比较的是F与F′的　大小　和方向，通过本实验，可以得出结论：

　在误差允许的范围内，两个分力的合力满足平行四边形定则　。

【答案】见试题解答内容

【解析】F1、F2合力的理论值是指通过平行四边形定则求出的合力值，而其实验值是指一个弹簧拉橡皮条时所测得的数值，由此可知F是F1、F2合力的理论值，F′是合力的实验值；该实验的实验目的就是比较F1、F2合力的理论值和实验值是否相等从而验证平行四边形定则。

故答案为：

（1）F，大小，在误差允许的范围内，两个分力的合力满足平行四边形定则。

题型三实验改进与创新

10．有同学利用如图丙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A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FTOA、FTOB和FTOC，回答下列问题：

①改变钩码个数，实验能完成的是　BCD　

A．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在作图时，你认为图甲、乙中　甲　（选填“甲”或“乙”）是正确的。

【答案】见试题解答内容

【解析】

（1）对O点受力分析如图所示；

OA、OB、OC分别表示三个力的大小，由于三共点力处于平衡，所以OC等于OD．因此三个力的大小构成一个三角形。

A、A中以钩码的个数表示力的大小，只能两分力沿直线时才能构成三角形，不符合实验方法，故A错误；

B、B中以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等腰三角形，故B正确；

C、C中以钩码的个数表示力的大小，则三力为边构成等边三角形，故C正确；

D、D中以钩码的个数表示力的大小，三力为边构成直角三角形，故D正确；

故选：

BCD。

（2）实验中F合是由平行四边形得出的，而F3方向一定与橡皮筋的方向相同，而由于实验过程不可避免的存在误差，因此理论值F合的方向与竖直方向总要有一定夹角，所以甲比较符合实验事实，故乙错误，甲正确。

故答案为：

甲。

故答案为：

（1）BCD；

（2）甲。

11．某同学在探究“互成角度的两个力合成的平行四边形定则”实验时，把橡皮条的一端用图钉固定于P点，同时用两个弹簧秤将橡皮条的另一端拉到位置O．这时两弹簧秤的示数分别为FA＝3.5N．FB＝4.0N，其位置记录如图甲中A、B所示。

倘若橡皮条的活动端仅用一个弹簧秤拉着，也把它拉到O点位置，弹簧秤的示数为FC＝6.0N，其位置如图甲中的C所示。

（1）下列关于此实验的说法中正确的是　A　（填字母代号）。

A．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，把橡皮筋的另一端拉到O点时，两个弹簧测计之间的夹角必须取90°

D．实验中，要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O点

（2）其中对减小实验误差有益的说法是　BD　（填字每代号）。

A．两细绳必须等长

B．弹簧秤、细绳、橡皮筋都应与木板平行

C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大

D．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些

（3）本实验采用的主要的科学方法是　B　（填选项前的字母）。

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

（4）请选择适合的标度，在图乙中作出力FA、FB以及FA、FB的理论合力F和实际合力FC的图示。

（请把各个力的符号及大小标出来）

（5）比较F和FC，你得到的结论为：

　在误差允许范围内，F与FC相等，力的合成符合平行四边形法则　。

【答案】见试题解答内容

【解析】

（1）A、为了使两次拉橡皮筋效果相同，要求两次要将O点拉到同一位置，故A正确；

B、实验中要记录弹簧测力计的读数以及拉力的方向，和O点的位置，故B错误；

C、实验过程中两弹簧的夹角要适当，并非要求达到90°，非特殊角度也可，故C错误；

D、实验中，弹簧的读数大小适当，便于做平行四边形即可，并非要求一定达到最大量程，故D错误。

故选：

A

（2）A、通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条时，并非要求两细绳等长，故A错误；

B、测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，故B正确；

C、用弹簧秤同时拉细绳时，拉力不能太太，也不能太小，也不能两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大，故C错误；

D、为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D正确。

故选：

BD。

（3）该实验采用了“等效替代”的原理，即合力与分力的关系是等效的，所以本实验采用的主要的科学方法是等效替代法，故B正确，ACD错误；

故选：

B

（4）请选择适合的标度，在图乙中作出力FA、FB以及FA、FB的理论合力F和实际合力FC的图示如图；

（5）比较F和FC，得到的结论为在误差允许范围内，F与FC相等，力的合成符合平行四边形法则。

故答案为：

（1）A；

（2）BD；（3）B；（4）如图；（5）在误差允许范围内，F与FC相等，力的合成符合平行四边形法则。