實(shí)驗(yàn)03 驗(yàn)證力的平行四邊形定則2022年高考物理實(shí)驗(yàn)專題精講精練（原卷版)

1、實(shí)驗(yàn)03驗(yàn)證力的平行四邊形定則（原卷版）1.實(shí)驗(yàn)原理等效思想:互成角度的兩個(gè)力F1、F2與另外一個(gè)力F'產(chǎn)生相同的作用效果,看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F'在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相同。2.實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩及細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(多個(gè))、鉛筆。3.實(shí)驗(yàn)步驟(1)儀器安裝用圖釘把白紙釘在水平放置的方木板上。用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),如圖所示,橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。(2)測(cè)量與記錄 用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到某一位置O。記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2

2、,用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向。 只用一只彈簧測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F'和細(xì)繩的方向。 (3)換白紙,改變兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向,再重做兩次實(shí)驗(yàn)。4.數(shù)據(jù)分析(1)用鉛筆和刻度尺從力的作用點(diǎn)(位置O)沿著兩繩的方向畫(huà)直線,按選定的標(biāo)度作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過(guò)O點(diǎn)畫(huà)平行四邊形的對(duì)角線,即合力F的圖示。(2)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實(shí)驗(yàn)步驟中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F'的圖示。(3)比較F與F'是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗(yàn)證平行

3、四邊形定則。5.注意事項(xiàng)(1)位置不變:在同一次實(shí)驗(yàn)中,橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同。(2)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°100°為宜。(3)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)繩應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,便于確定力的方向。(4)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?！镜淅?】(2019·安徽蚌埠市第三次質(zhì)量檢測(cè))某小組利用橡皮筋(彈力滿足胡克定律)“研究?jī)蓚€(gè)互成角度力的合成規(guī)律”，如圖甲所示，把貼有白紙的木板放在水平桌

4、面上，他們將完全相同的三根橡皮筋的一端都固定在結(jié)點(diǎn)O處，另一端分別系上細(xì)線，仍保證橡皮筋原長(zhǎng)相同，測(cè)得原長(zhǎng)L04.40cm.沿平行于紙面的方向分別通過(guò)細(xì)線將三根橡皮筋拉至某一長(zhǎng)度(在彈性限度內(nèi))，保持狀態(tài)不變，如圖乙所示，記錄此時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置和三根橡皮筋另一端的位置，量出三個(gè)端點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)O的距離分別為L(zhǎng)19.40cm，L28.40cm，L37.40cm.若三根橡皮筋產(chǎn)生的彈力分別為F1、F2、F3，圖中已作出F1的圖示 (1)請(qǐng)根據(jù)F1的大小比例分別作出F2和F3的圖示，并根據(jù)平行四邊形定則畫(huà)出F2和F3的合力F合；(2)請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出與F2和F3共同作用效果相同的力F的圖示若F合與F的大小及方向的

5、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)證了力的平行四邊形定則變式1(2019·遼寧大連市第二次模擬)某同學(xué)為了研究?jī)蓚€(gè)互成角度力的合成規(guī)律，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖3甲所示將三根細(xì)繩套系于同一點(diǎn)O，然后與同學(xué)配合，同時(shí)用三個(gè)彈簧秤分別拉住三根細(xì)繩套，以合適的角度向三個(gè)不同方向拉開(kāi)當(dāng)穩(wěn)定后，分別記錄三個(gè)彈簧秤的讀數(shù)(1)關(guān)于下列實(shí)驗(yàn)操作不必要的步驟是_A要保證三根細(xì)繩套長(zhǎng)度相等B實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意保證各彈簧秤及細(xì)繩套在同一水平面內(nèi)C改變拉力重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次必須保證O點(diǎn)在同一位置D記錄彈簧秤讀數(shù)的同時(shí)，必須記錄各拉力的方向E為完成平行四邊形定則的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要測(cè)量各拉力間的夾角

6、(2)某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得彈簧秤讀數(shù)分別為FA2.2N，F(xiàn)B2.4N，F(xiàn)C3.2N，請(qǐng)根據(jù)圖乙記錄的各力的方向，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理，在虛線框內(nèi)畫(huà)出力的圖示，并作出相應(yīng)的平行四邊形加以驗(yàn)證【典例2】某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB與OC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。甲乙(1)如果沒(méi)有操作失誤,圖乙中的F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是。 (2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是。 A.理想實(shí)驗(yàn)法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法(3)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

7、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A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O,記錄下O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F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則畫(huà)出合力F;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(hào)是和;&

8、#160;上述步驟應(yīng)做出的修改分別是和。 【針對(duì)訓(xùn)練2】李明同學(xué)在做“探究合力與分力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O以及兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小，如圖(a)所示(1)試在圖(a)中作出無(wú)實(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力(2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是()A兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是分力C兩次拉橡皮筋時(shí)，需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，這樣做的目的是保證兩次彈簧測(cè)力計(jì)拉力的作用效果相同D若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小而保持橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小即可(3)如圖

9、(b)所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果，其中哪一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)？(力F是用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)的圖示)_(4)在以上比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，造成誤差的主要原因是：(至少寫(xiě)出兩種情況) _【典例3】某同學(xué)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩,實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過(guò)兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個(gè)彈簧秤通過(guò)細(xì)繩拉橡皮條。(1)關(guān)于兩次拉伸橡皮條,下列說(shuō)法正確的是()。A.兩次拉伸橡皮條,只要保證橡皮條的形變量相同即可B.兩次拉伸橡皮條后,只需要記錄彈簧秤的示數(shù)

10、C.拉伸橡皮條的過(guò)程,彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行D.用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條時(shí),細(xì)繩的夾角越大越好(2)某次用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條,最后讀數(shù)時(shí),彈簧秤的示數(shù)如圖甲所示,則彈簧秤a的示數(shù)為N,彈簧秤b的示數(shù)為N,將測(cè)得的數(shù)值在右側(cè)的坐標(biāo)紙上根據(jù)所給的標(biāo)度,作出兩個(gè)力的圖示(兩個(gè)力的方向已確定),并從理論上得到兩個(gè)力的合力F為N。 【針對(duì)訓(xùn)練3】做“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)時(shí)：(1)除已有的器材(方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆)外，還必須有_和_(2)在做上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，在水平放置的木板上墊上一張白紙，把橡皮條的一端固定在板上，另一端結(jié)兩個(gè)細(xì)繩套，

11、通過(guò)細(xì)繩用兩個(gè)互成角度的彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)移到某一位置O，此時(shí)需記下：_；_；_.然后用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條拉長(zhǎng)，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)_，再記下_(3)在某次實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩結(jié)點(diǎn)的位置圖中_是力F1與F2的合力的理論值；_是力F1與F2的合力的實(shí)驗(yàn)值通過(guò)把_和_進(jìn)行比較，驗(yàn)證平行四邊形定則【典例4】在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中,現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細(xì)繩套和一把彈簧秤。(1)為完成實(shí)驗(yàn),某同學(xué)另找來(lái)一根彈簧,先測(cè)量其勁度系數(shù),得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:彈力F/N0.501.001.502.002.503.003.50伸長(zhǎng)量x/(&

12、#215;10-2 m)0.741.802.803.724.605.586.42 用作圖法求得該彈簧的勁度系數(shù)k=N/m。 (2)某次實(shí)驗(yàn)中,彈簧秤的指針位置如圖甲所示,其示數(shù)為N,同時(shí)利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N,請(qǐng)畫(huà)出這兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F合。 甲(3)由圖得到F合=N。 【針對(duì)訓(xùn)練4】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5 N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

13、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)O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O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn),如下圖所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是。 A B C D【典例5】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y軸,最小刻度表示 1 mm)的紙貼在桌面上,如圖甲所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖

14、示部分之外),另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí),橡皮筋處于原長(zhǎng)。(1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O,此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出,測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示,F的大小為N。 (2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A點(diǎn),現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋,再次將P端拉至O點(diǎn),此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖甲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F1=4.2 N和F2=5.6 N。用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 N的力,以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn),在圖甲中畫(huà)出力F1、F2的圖示,然后按平形四邊形定則畫(huà)出它們的合力F合:甲乙F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值為。 若F合與拉力F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)證了力的平行四邊形定則。丙【針對(duì)訓(xùn)練5】(2020·福建寧德市質(zhì)檢)某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材“研究?jī)蓚€(gè)互成角度力的合成規(guī)律”，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖，固定在豎直木板上的量角器直邊水平，橡皮筋一端固定在量角器圓心O的正上方A點(diǎn)，另一端系繩套1和繩套2. (1)實(shí)驗(yàn)步驟如下：彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F；彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上