第二章 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則-2023年高考物理一輪復(fù)習(xí)核心考點(diǎn)精梳細(xì)講課件

第二章相互作用

實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則

【目標(biāo)要求】

L掌握實(shí)驗(yàn)原理、器材、步驟及注意事項(xiàng).

2.理解教材基本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法，并會(huì)進(jìn)行誤差分析.

3.理解創(chuàng)新和拓展實(shí)驗(yàn)原理并會(huì)處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差分析.

實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備

1.實(shí)驗(yàn)原理

(1)等效法：一個(gè)力尸的作用效果和兩個(gè)力尸1、&的作用效果都是讓同

一條一端固定的橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)，所以一個(gè)力F就是這兩個(gè)力尸1

和尸2的合力，作出力P的圖示，如圖1所示.

(2)平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作

出力尸1和尸2的合力廠的圖示.

(3)驗(yàn)證：比較尸和尸」的大小和方向，若在誤

差允許的范圍內(nèi)相等，則驗(yàn)證了力的平行四

邊形定則.

2.實(shí)驗(yàn)器材

木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)（2只）、亥！|度尺

鉛筆等.

3.實(shí)驗(yàn)步驟圖釘一根橡皮筋

-

二o

二

二

二

二T

二

一

二

二

三T

三V

三

二

二6

二E

o

o

o

oo

結(jié)點(diǎn)

F2=3N

F1=4N

結(jié)論:

在誤差范

圍內(nèi)用平

行四邊形

定則畫(huà)出

的合力與

?.、實(shí)際的合

、力相符

2.實(shí)驗(yàn)器材

木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)(2只)、亥！|度尺

鉛筆等.

3.實(shí)驗(yàn)步驟

⑴用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的主板_上,

如圖2所示.

(2)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)繩套，互成角

度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一點(diǎn)

O.圖2

⑶用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向,并記錄彈簧測(cè)力計(jì)

的讀數(shù)尸1、尸2,利用刻度尺和三角板作平行四邊形，畫(huà)出對(duì)角線所代表

的力尸.

(4)只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面實(shí)驗(yàn)中

的相同位置。,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)尸和

細(xì)繩的方向，以同樣的標(biāo)度作出廠'的圖示.

(5)比較尸和尸，觀察它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的

范圍內(nèi)是否相等.

4.數(shù)據(jù)處理

(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)。沿兩條細(xì)繩方向畫(huà)直線，按選定的標(biāo)度作出

這兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力尸1和尸2的圖示，并以為和尸2為鄰邊作平行四邊

形，過(guò)。點(diǎn)畫(huà)平行四邊形的對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力廠的圖示.

(2)用刻度尺從。點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出拉力尸'的圖示.

⑶比較尸與P是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗(yàn)證平行四邊形定則.

5.注意事項(xiàng)

(1)彈簧相同：使用彈簧測(cè)力計(jì)前，要先觀察指針是否指在零刻度處，若指針

不在零刻度處，要設(shè)法調(diào)整指針，使之指在零刻度處，再將兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)

的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉，兩個(gè)示數(shù)相同方可使用.

(2)位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)堂息的位置一定要相同.

(3)角度合適：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，其夾角

不宜太小，也不宜太大，以60°?120°之間為宜.

(4)盡量減少誤差：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(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向.

(5)統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫(huà)力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)

選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些.

F

02

考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)

例1某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖3甲所示，其中

4為固定橡皮條的圖釘，。為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，和。。為細(xì)繩，圖乙是

在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖.

(1)如果沒(méi)有操作失誤，圖乙中的尸與P

兩力中，方向一定沿力。方向的是

(2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是B.

A.理想實(shí)驗(yàn)法B.等效替代法甲

C.控制變量法D.建立物理模型法

注意：由一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條至。點(diǎn)的拉力一定沿4。方向；而根據(jù)平行

四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿力。方向，

⑶實(shí)驗(yàn)時(shí)，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4點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩

條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；

C.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，

結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置。，記錄下。點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；

D.按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力丹和尸2的

圖示，并用平行四邊形定則求出合力尸；

E.只用一只彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力

計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)力尸的圖示；

F.比較尸'和廠的大小和方向，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(hào)是C和序；

改正辦法分別是C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向”和

E中應(yīng)說(shuō)明“把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置0”.

例2（2018?天津卷9（2））某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，

所用器材有：方木板一塊，白紙，量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)，橡皮條（帶

兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套），刻度尺，圖釘（若干個(gè)）.

（1）具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的有

A.橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上

B.重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)。的位置可以與前一次不同

C.使用測(cè)力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度

D.用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測(cè)力計(jì)的拉

力

(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)

點(diǎn)位置。、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如圖所

示.其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是B.

3.0N[0.5N；0.5N；3.0N

一I。―io—ioio

尸產(chǎn)3.4N*F2=2.7N

F=4.5N

Fi=1.0N?Fi=2.1N同=2.7N

尸尸2.8N尸2=3.0N

/2=1.6N■

■■

尸=4.9NF=2.0Nb=4.5N

ABCD

解析為了提高實(shí)驗(yàn)精度，測(cè)力計(jì)讀數(shù)應(yīng)盡可能大一些，標(biāo)注細(xì)繩方向的

兩點(diǎn)離結(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)一些，標(biāo)度應(yīng)盡可能小一些，故選B.

n跟進(jìn)訓(xùn)練

1.（2019?陜西渭南市質(zhì)檢）在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)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(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩

套，如圖4所示，實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，并互成角度地拉

橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置。.

（1）某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為：

A.拉橡皮條的繩細(xì)些且長(zhǎng)一些，實(shí)驗(yàn)效果較好

B.拉橡皮條時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、細(xì)繩應(yīng)貼

近木板且與木板平面平行

C.橡皮條彈性要好，拉結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置。時(shí)，拉力要適當(dāng)大些

D.拉力尸1和尸2的夾角越大越好

其中正確的是ABC.（填入正確選項(xiàng)前的字母）

⑵若某次測(cè)量中兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)均為4N,且兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方

向相互垂直，則不能（選填"能"或"不能"）用一個(gè)量程為0?5N的彈簧

測(cè)力計(jì)測(cè)出它們的合力，理由是他型12ml邂色I(xiàn)重堇

n固定點(diǎn)

一橡皮條

J繩套

2

2.（2017?全國(guó)卷HI?22）某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，

將畫(huà)有坐標(biāo)軸（橫軸為x軸，縱軸為歹軸，最小刻度表示1mm）的紙貼在水

平桌面上，如圖5（a）所示.將橡皮筋的一端。固定在y軸上的5點(diǎn)（位于圖示

部分之外），另一端尸位于丁軸上的4點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng).

⑴用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的尸端沿?cái)虖?點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)。，此時(shí)拉力廠的大

小可由測(cè)力計(jì)讀出.測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，尸的大小為4.0N.

橡?尺二筋

…“a(

111111111lllllllllR1111III■■illitiiIIIIIIIII

/

/

/

=-

/

戶2/

E-

(2)撤去⑴中的拉力，橡皮筋尸端回到4點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再

次將尸端拉至。點(diǎn).此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖⑶中兩條虛線所示的方向，由測(cè)

力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為尸i=4.2N和F2=5.6N.

(i)用5mm長(zhǎng)度的線段表示IN的力，以。為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫(huà)出力尸1、F2

的圖示，然后按平行四邊形定則畫(huà)出它們的合力F合；

(ii)廠合的大小為4.0N,尸合與拉力廠的夾角的正切值為0.05.若尸合與拉力方

的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力

(a)(b)

考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

例3有同學(xué)利用如圖6所示的裝置來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直

木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑的滑輪4和5,將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)。，每

個(gè)鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的

拉力尸1、B和尸3，回答下列問(wèn)題：

(1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖荁CD

(填正確答案標(biāo)號(hào)).IE一/21小歹1+/2

A.鉤碼的個(gè)數(shù)乂=抽=2,小=4

B.鉤碼的個(gè)數(shù)乂='=3,M=4

C.鉤碼的個(gè)數(shù)M=W2=N3=4

圖6

D.鉤碼的個(gè)數(shù)M=3,M=4,\=5

(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個(gè)步驟是△_(填選項(xiàng)前字母)

A.標(biāo)記結(jié)點(diǎn)。的位置，并記錄0B、。。三段繩子的方向

B.量出CM、OB、0C三段繩子的長(zhǎng)度

C.用量角器量出三段繩子之間的夾角

D.用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量

(3)在作圖時(shí)，你認(rèn)為圖示7中甲(填“甲”或“乙”)是正確的.

例4（八省聯(lián)考?河北?"）為驗(yàn)證力的

平行四邊形定則，某同學(xué)準(zhǔn)備了以下

器材：支架，彈簧，直尺，量角器，

坐標(biāo)紙，細(xì)線，定滑輪（位置可調(diào)）兩

個(gè)，鉤碼若干.支架帶有游標(biāo)尺和主

尺，游標(biāo)尺（帶可滑動(dòng)的指針）固定在

底座上，主尺可升降，如圖8甲所示.

甲

實(shí)驗(yàn)步驟如下:

（1）儀器調(diào)零.如圖甲，將已測(cè)量好的勁度系數(shù)左為5.00N/m的彈簧懸掛在支架

上，在彈簧掛鉤上用細(xì)線懸掛小鉤碼做為鉛垂線，調(diào)節(jié)支架豎直.調(diào)整主尺高

度，使主尺與游標(biāo)尺的零刻度對(duì)齊.滑動(dòng)指針，對(duì)齊掛鉤上的。點(diǎn)，固定指針.

(2)搭建的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖乙.鉤碼

組加/=40g,鉤碼組以5=3。g，調(diào)整定

滑輪位置和支架的主尺高度，使彈簧豎

直且讓掛鉤上。點(diǎn)重新對(duì)準(zhǔn)指針.實(shí)驗(yàn)中

保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面.此時(shí)測(cè)O

a

得a=36.9。，P=53.1。，由圖丙可讀

A

出游標(biāo)卡尺示數(shù)為2cm,由此計(jì)算

出彈簧拉力的增加量尸=0?489N.當(dāng)?shù)?/p>

mA

重力加速度g為9.80m/s2.

主尺游標(biāo)尺