届高考物理备考分类突破专题实验三验证力的平行四边形定则.docx

届高考物理备考分类突破专题实验三验证力的平行四边形定则.docx

《届高考物理备考分类突破专题实验三验证力的平行四边形定则.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考物理备考分类突破专题实验三验证力的平行四边形定则.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届高考物理备考分类突破专题实验三验证力的平行四边形定则

实验三：

验证力的平行四边形定则

实验原理与操作

数据处理与分析

[数据处理]

1．用铅笔和刻度尺从结点的投影点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力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实验步骤（4）中弹簧测力计的拉力F′的图示。

3．比较F与F′是否在实验误差允许的范围内重合，从而验证平行四边形定则。

[注意事项]

1．位置不变

同一次实验中橡皮条拉长后的结点O必须保持不变。

2．拉力

（1）细绳应适当长一些，便于确定力的方向。

不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点。

取掉细绳后，连直线确定力的方向。

（2）应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。

（3）弹簧测力计数据尽量大些，读数时眼睛要正视，要按有效数字正确读数和记录。

3．作图

（1）在同一次实验中，选定的比例要相同。

（2）两分力夹角不能太大或太小，作图时两力与对边一定要平行。

[误差分析]

1．弹簧测力计本身不够准确造成系统误差。

2．弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差。

热点一　实验原理与操作

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，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图。

（1）如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。

（2）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

（3）实验时，主要的步骤是（　　）

A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；

B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；

C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；

D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；

E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，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；

F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。

上述步骤中：

①有重要遗漏的步骤的序号是________和________；

②遗漏的内容分别是________和________。

解析：

（1）由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。

（2）一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故B正确。

（3）①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作过程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E。

②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。

答案：

（1）F′　

（2）B　（3）①C　E　②C中应加上“记下两条细绳的方向”　E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”

反思总结　操作不忘“三”“二”“一”,用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”（记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置），用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”（记录弹簧测力计示数和细绳方向）及“一注意”（结点O的位置必须在同一位置）等。

热点二　数据处理及分析

（2015·山东理综·21）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。

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

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′，橡皮筋的拉力记为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。

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）做出Fl图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0cm。

（2）可计算橡皮筋的劲度系数

k＝

＝

N/m＝50N/m

若OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则橡皮筋的弹力为F＝kΔx＝50×（6.00＋7.60－10.00）×10－2N＝1.80N

则此时FOA＝F＝1.80N

（3）FOB＝FOA＝1.80N，两力的合力F′如图乙所示。

（4）通过比较F和FOO′的大小和方向，可得出实验结论。

答案：

（1）10.0（9.8、9.9、10.1均正确）　

（2）1.80（1.70～1.90均正确）　（3）如图乙所示　（4）FOO′

热点三　实验的改进与创新

1．实验原理的理解、实验方法的迁移

2．实验器材的改进

（1）用橡皮筋替代,弹簧秤，用电子秤替代,弹簧秤。

三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则。

（2）使用力传感器——用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则。

（3）钩码替代,弹簧秤

（2017·广州模拟）一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。

（1）如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶________时电子秤的示数F。

（2）如图乙，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。

水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、________和电子秤的示数F1。

（3）如图丙，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上。

手握电子秤沿着

（2）中L2的方向拉开细线L2，使________和三根细线的方向与

（2）中重合，记录电子秤的示数F2。

（4）在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________，则平行四边形定则得到验证。

解析：

（1）要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤的示数F。

（2）要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1。

（3）已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O的位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与

（2）中重合，记录电子秤的示数F2。

（4）根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差范围内重合，则平行四边形定则得到验证。

答案：

（1）静止　

（2）三细线的方向　（3）结点O的位置　（4）F和F′在误差范围内重合

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，则下列说法中正确的是（　　）

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

解析：

　为保证等效，必须把橡皮条的某一端拉到同一点，故A正确；实验中还要记录拉力的方向，故B错误；两拉力的夹角可以是其他的合适角度，C错误；实验中不能超出弹簧测力计的最大量程，因此开始时弹簧测力计示数要小于最大量程，D错误。

答案：

　A

2．（2015·安徽理综·21）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：

　③步骤中应记录此时拉力的大小和方向，结合②的操作，③中横线应填写：

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要验证平行四边形定则，需要比较F与F3的大小、方向是否一致，故⑥中横线应填写F和F3。

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　⑥F和F3

3.

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A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A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A的示数为________N。

（2）下列不必要的实验要求是________。

A．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A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。

解析：

（1）弹簧测力计的最小刻度为0.2N，所以A的读数为3.6N。

（2）根据三力平衡的特点可知，弹簧测力计A、B的拉力的合力与重物M的重力等值反向，故A项是必要的。

弹簧测力计的零点误差影响各拉力的测量值，所以使用前需校零，B项是必要的。

只有拉线方向与木板平面平行，才能保证所研究的各力在同一平面内，C项也是必要的。

实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行四边形定则，而测力计A的拉力不同时O点的位置就不同，故没必要使O点静止在同一位置，答案为D。

（3）弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计A的力大了，可行的解决方法有：

①改变弹簧测力计B拉力的大小或方向；②减小重物M的质量（或将A更换成较大量程的弹簧测力计）。

答案：

（1）3.6　

（2）D　（3）见解析

4．某小组为了验证力的平行四边形定则，设计了如图甲所示的实验：

在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B，两传感器的挂钩分别系着轻绳，轻绳的另一端系在一起，形成结点O，并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心。

在O点挂上重G＝2.00N的钩码，记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2，用力的图示法即可验证力的平行四边形定则。

（1）当F1＝1.00N、F2＝1.50N，θ1＝45°、θ2＝30°时，请在图乙中用力的图示法作图，画出两绳拉力的合力F，并求出合力F＝________N。

（结果保留三位有效数字）

（2）该组同学在实验中，将传感器A固定在某位置后，再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转，得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2，作出了如图丙所示的F2θ2图象，由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1＝________。

解析：

（1）先画出力的标度，根据题中所给的数据，利用平行四边形定则画出并求合力F＝2.01N。

（2）由题图丙可知，当θ2＝

和0时，F2的读数都为2.0N，根据平行四边形定则，画出如图所示的三角形，由图中几何关系，可得θ1＝

。

答案：

（1）如图所示　2.01（1.97～2.05）　

（2）60°或