步步高實驗三 驗證力的平行四邊形定則

1、實驗三驗證力的平行四邊形定則【考綱解讀】1.知道什么是等效替代法2能用作圖法驗證互成角度的兩個力合成時遵守平行四 邊形定則.基本實驗要求1. 實驗原理互成角度的兩個力f、f?與另外一個力尸 產(chǎn)生相同的效果，看f、f?用平行四邊形定則求 出的合力f與尸 在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等.2. 實驗器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細繩、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺.3. 實驗步驟(1) 用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上.(2) 用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達 某一位置0.如實驗原理圖所示.(3) 用鉛筆描下結(jié)點0的位置和兩個細繩套的方向，并記錄

2、彈簧測力計的讀數(shù)，利用刻度尺和 三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力f.(4) 只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到與前面相同的位置0,記下彈簧測 力計的讀數(shù)f'和細繩的方向.(5) 比較尸 與用平行四邊形定則求得的合力f,看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.規(guī)律方法總結(jié)1. 正確使用彈簧測力計(1) 將兩只彈簧測力計調(diào)零后水平互鉤對拉過程中，讀數(shù)相同，可選；若不同，應(yīng)另換或調(diào)校， 直至相同為止.(2) 使用時，讀數(shù)應(yīng)盡量大些，但不能超111范圉.(3) 被測力的方向應(yīng)與軸線方向一致.(4) 讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度.2. 注意事項(1) 位置不變：在同一次實驗中，使橡皮條拉長

3、時結(jié)點的位置一定要相同.(2) 角度合適：用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時，其夾角不宜太小，也不 宜太大，以60。100。之間為宜.(3) 在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些.細繩套應(yīng)適當長一些，便于 確定力的方向.(4) 統(tǒng)一標度：在同一次實驗川，畫力的圖示選定的標度耍相同，并且要恰當選定標度，使力 的圖示稍大一些.3 誤差分析(1) 誤差來源：除彈簧測力計本身的誤差外，述有讀數(shù)誤差、作圖誤差等.(2) 減小誤差的辦法： 實驗過程屮讀數(shù)時眼睛一定要止視彈簧測力計的刻度盤，要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測 力計的精度正確讀數(shù)和記錄. 作圖時使用刻度尺，并借助于三角板

4、，使表示兩力的對邊一定要平行.考點一實驗原理及實驗操作【例11某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖1甲所示，其中/為固定橡皮 條的圖釘，o為橡皮條與細繩的結(jié)點，03和oc為細繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出 的圖.圖1(1) 如果沒有操作失誤，圖乙中的f與f'兩力中，方向一定沿.40方向的是(2) 本實驗采用的科學(xué)方法是.a. 理想實驗法b. 等效替代法c. 控制變量法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力點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另

5、 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(jié)點到達某一 位置o,記錄下o點的位置，讀111兩個彈簧測力計的示數(shù)；d. 按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力尺和局的圖示，并用平行四 邊形定則求出合力f；e. 只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細 繩的方向，按同一標度作出這個力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(jié)論.上述步驟中，有重要遺漏的步驟的序號是和；遺漏的內(nèi)容分別是和.解析(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至o點的拉力一定沿方向；而兩根彈簧測力計拉橡

6、皮條至o點的拉力，根據(jù)平行四邊形定則作出兩彈簧測力計拉力的合力，由于誤差的存在, 不一定沿力o方向，故一定沿力o方向的是f1 .(2)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，故b正確.根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作規(guī)程可知，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(jié)點拉到同一位置o.答案(1)f (2)b (3)c ec中應(yīng)加上“記下兩條細繩的方向” e中應(yīng)說明“把 橡皮條的結(jié)點拉到同一位置o”【變式題組】1.對實驗操作的考查在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮條的一端固定在 水平木板上，另一端系上兩根細

7、繩，細繩的另一端打好繩套，如圖2所示.實驗中用兩個彈 簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條，以下說法正確的是(>a. 兩根細繩必須等長b. 橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上c. 在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計拉力方向與木板平面平行，且彈簧測力計中的彈簧不能與其外殼接觸d. 同一次實驗小，0點位置允許變動e. 實驗中，先用其中一個彈簧測力計沿某一方向拉橡皮條至彈簧測力計的最大量程，然后 調(diào)節(jié)另一彈簧測力計的拉力的大小和方向，把橡皮條的結(jié)點拉到o點答案c2 對實驗原理及操作的考查某同學(xué)用如圖3所示的實驗裝置來“驗證力的平行四邊形定則”彈簧測力計力掛于固定點 p,下端用細線掛

8、一重物彈簧測力計0的一端用細線系于o點，手持另一端向左拉，使結(jié) 點o靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計加和3的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄o 點的位置和拉線的方向.(1) 本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為n,圖中j的示數(shù)為n.(2) 下列不必要的實驗要求是. a. 應(yīng)測量重物m所受的重力b. 彈簧測力計應(yīng)在使用前校零c. 拉線方向應(yīng)與木板平面平行d. 改變拉力，進行多次實驗，每次都耍使o點靜止在同一位置(3) 某次實驗中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計/的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法.答案(1)3.6 (2)d (3)見解析解析 彈簧測力計的最小刻度為0.2n,所以力的讀數(shù)為3.6n.(2

9、)本實驗利用三力平衡的特點來驗證力的平行四邊形定則，即彈簧測力計加、b的拉力的合 力與重物m的重力等大反向，故a項是必要的.彈簧測力計的零點誤差影響各拉力的測量 值，所以應(yīng)在使用前校零，b項是必要的.只有拉線方向與木板平面平行，才能保證所研究 的各力在同一平面內(nèi)，c項也是必要的.實驗中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重 力即可驗證平行四邊形定則，故沒必要使o點靜止在同一位置，答案為d.彈簧測力計力的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測力計力的力大了，由平行四邊形定則知 以下幾種方法可行：減小彈簧測力計3的拉力；減小重物m的質(zhì)量(或?qū)?更換成較大 量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計3拉力的方向等).

10、考點二數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】李明同學(xué)在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，利月坐標紙記下了橡皮筋的結(jié)點 位置o點以及兩個彈簧測力計拉力的大小，如圖4甲所示.張華李明乙圖4(1) 試在圖甲中作出無實驗誤差悄況下尺和尸2的合力圖示，并用f表示此力.(2) 有關(guān)此實驗，下列敘述正確的是.a. 兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大b. 橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力c. 兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置o.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計 拉力的效果相同d. 若只增大某一個彈簧測力計的拉力的大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變，只需要調(diào)整另 一個彈簧測力計的拉力的大小即可(

11、3) 圖乙是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實驗比較符合實驗事 實？(力f'是用一個彈簧測力計拉時的圖示)解析(1)用平行四邊形定則作圖，即以f、尸2為兩鄰邊作平行四邊形，對角線就表示合力f. (標上箭頭表明方向)(2) 兩分力可以同時大于合力，故a正確；結(jié)點受三個力作用處于平衡狀態(tài)，其中兩彈簧測力 計的拉力的合力與第三個力橡皮筋的拉力等大反向，是一對平衡力，而橡皮筋的拉力不 是合力，故b錯；只有保證結(jié)點在同一位置才能說明作用效果相同，故c對；若兩個分力的 犬小變化而方向都不變，則合力必定變化，故d錯.(3) 作圖法得到的f必為平行四邊形的對角線，單個彈簧測力計的

12、拉力f' 一定與橡皮筋共線, 故張華的實驗比較符合實驗事實.答案(1)如圖所示4o l»(2)ac (3)張華做實驗時得到的結(jié)杲符合實驗事實【拓展題組】3. 對數(shù)據(jù)處理的考查將橡皮筋的一端固定在力點，另一端拴上兩根細繩，每根細繩分別連 著一個量程為5n、最小刻度為01n的彈簧測力計，沿著兩個k同的方向拉彈簧測力計，當橡皮筋的活動端拉到0點時，兩根細繩相互垂直,如圖5甲所示.這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出.圖5乙(1)由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為n和n.在如圖乙所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力.答案(1)2.50(4.00) 4.00(2.50

13、) (2)見解析12 3 4 5(n)解析（1）彈簧測力計的最小刻度為0.1n,讀數(shù)時應(yīng)估讀一位，所以讀數(shù)分別為2.50n（4.00） 和 4.00n(250) （2）取一個小方格的邊長表示0.50n,作出兩個力及它們的合力如圖所示 4對數(shù)據(jù)處理的考查某同學(xué)在做驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則實驗時，把橡皮條的一端用圖釘固定于卩點，同時用兩個彈簧測力計將橡皮條的另一端拉到位置o這 時兩彈簧測力計的示數(shù)分別為c = 35n、幾=4（）n,其位置記錄如圖6所示倘若橡皮條的活動端僅用一個彈簧測力計拉著，也把它拉到o點位置，彈簧測力計的示數(shù)為fc=6.0n,其位置如圖所示.（1）用5mm表示1

14、n,在圖7中作出力巧.巧和&的圖示.根據(jù)平行四邊形定則在圖7中作出q和幾的合力f, f的大小為n.圖7（3）實驗的結(jié)果是否能驗證平行四邊形定則:（填“能”或“不能”）.答案 見解析圖（2）見解析圖5. 8（5.76均可）（3）能解析（1）耳、幾和&的圖示如圖甲所示.a乙(2)根據(jù)平行四邊形定則作出c和幾的合力f,如圖乙所示，量出其長度，對應(yīng)5mm表示 1n 可得 f=5.8n.利用平行四邊形定則得出的合力與彈簧測力計的示數(shù)fc=6.0n,在實驗誤差允許的范圍內(nèi) 相等，故實驗的結(jié)果能驗證平行四邊形定則.考點三實驗拓展與創(chuàng)新【例31某同學(xué)嘗試用橡皮筋等器材驗證力的平行四邊形定則，他

15、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(shè)計了如下實 驗：將兩條橡皮筋的一端與細繩連接，結(jié)點為o,細繩下掛一重物，兩橡皮筋的另一端也都 連有細繩.實驗時，先將一條橡皮筋的另一端的細繩固定在墻上的釘子力上，另一條橡皮筋 任其下垂，如圖8甲所示；再將另一條橡皮筋的另一端的細繩固定在墻上的釘子3上，如圖 乙所示.圖8(1) 為完成實驗，下述操作中必需的是.a. 兩橡皮筋的另一端連接的細繩°、b長度要相同b. 要測量橡皮筋的原長c. 要測量圖甲和圖乙中橡皮筋的長度d. 要記錄圖甲中結(jié)點o的位置及過結(jié)點o的豎直方向e. 要記錄圖乙中結(jié)點o

16、'的位置及過結(jié)點o'的豎直方向(2) 對該實驗“兩條相同的橡皮筋”的要求的理解正確的是a. 橡皮筋的材料和原長相同即可b. 橡皮筋的材料和粗細相同即可c. 橡皮筋的材料、原長和粗細均要相同解析（1）首先應(yīng)明白該實驗的實驗原理，即用橡皮筋的伸長量來表示彈力的大小，所以實驗 中一定要測橡皮筋的長度，而沒必要關(guān)心細繩°、b的長度，選項b和c中的操作是需要的， 為了確保力的合成的等效性，需要題圖乙中結(jié)點o'的位置及過結(jié)點o'的豎直方向，選項 e中的操作是必需的.（2）為了能用橡皮筋的伸長量表示彈力大小，滿足f=kx,應(yīng)讓丘值相同，即橡皮筋的材料、 粗細、原長均

17、要相同，選項c正確.答案（l）bce （2）c【拓展題組】5.實驗創(chuàng)新某同學(xué)在家中用三根相同的橡皮筋（遵循胡克定律）來探究求合力的方法，如圖 9所示，三根橡皮筋在o點相互連接，拉長后三個端點用圖釘固定在/、b. c三點.在實驗 中，可以通過刻度尺測量橡皮筋的長度來得到橡皮筋的拉力的大小，并通過oa. ob、oc 的方向確定三個拉力的方向，從而探允求其中任意兩個拉力的合力的方法.在實驗過程中， 下列說法正確的是（）a. 實驗過程中需要測量橡皮筋的長度以及橡皮筋的原長b. 為減小誤差，應(yīng)選擇勁度系數(shù)盡量大的橡皮筋c. 以ob、oc為兩鄰邊作力的平行四邊形，其對角線必與q4在一條直線上且長度相等d.

18、 多次實驗屮o點不必固定答案ad解析 胡克定律關(guān)系式f=kx中的x是橡皮筋的形變量，實驗時應(yīng)使x適當大些可減小誤差， 則應(yīng)選擇勁度系數(shù)適當?shù)南鹌そ睿蔭正確，b錯誤.實驗有一定的誤差，故以ob、oc為 兩鄰邊作力的平行四邊形時，其對角線不一定與oa在一條直線上，c錯誤.在多次實驗中， 不必使o點固定，d正確.6. 實驗拓展有同學(xué)利用如圖10所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪 有白紙，固定兩個光滑的滑輪力和3,將繩子打一個結(jié)o,每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達 到平衡時，根據(jù)鉤碼的個數(shù)讀出三根繩子的拉力ft%、ftod和ftoc，回答下列問題：(1) 改變鉤碼的個數(shù)，能完成實驗的是(

19、)a. 鉤碼個數(shù) n=n2=2, m=4b. 鉤碼個數(shù)n】=m=3, m=4c. 鉤碼個數(shù)n=nz=n3=4d. 鉤碼個數(shù) n = 3, m=4, m=5(2) 在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是()a. 標記結(jié)點o的位置，并記錄04、ob、oc三段繩子的方向b. 量出04、ob、oc三段繩子的長度c. 用量角器量出三段繩子之間的夾角d. 用天平測出鉤碼的質(zhì)量(3) 在作圖時，你認為圖11中正確的是(填“甲”或“乙”).乙圖11答案(l)bcda (3)甲解析(1)實驗中的分力與合力的大小關(guān)系必須滿足|figfisi<ftoc<fig+fto，因此選項b、c、d是可以完成實驗的.(3)實驗中froc是豎直向下的，拉力fig和ft加