江蘇專用2022版高考物理一輪復習第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學案江蘇專用2022版高考物理一輪復習第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學案PAGE24-江蘇專用2022版高考物理一輪復習第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學案實驗三驗證力的平行四邊形定則1．實驗目的(1)驗證互成角度的兩個共點力合成的平行四邊形定則。(2)培養應用作圖法處理實驗數據和得出結論的能力。2．實驗原理互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F′產生相同的效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實驗誤差允許范圍內是否相同。3．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。4．實驗步驟（1)釘白紙：用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。（2)定O點: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，結點到達某一位置O。如圖甲所示。甲乙（3)求合力：用鉛筆描下結點O的位置和兩個細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數,利用刻度尺和三角板根據平行四邊形定則求出合力F。(4）測合力:只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計的讀數F′和細繩的方向,如圖乙所示。（5)重復：比較F′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是否相同。5．注意事項(1）使用彈簧測力計前，要先觀察指針是否指在零刻度處,若指針不在零刻度處，要調整指針使其指在零刻度處。再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉,如果兩個示數相同方可使用.（2）實驗中的兩個細繩套不要太短。（3）在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結點的位置一定要相同。（4)用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜。(5)在用力拉彈簧測力計時,拉力應沿彈簧測力計的軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細繩套應該位于與紙面平行的同一平面內。要防止彈簧測力計卡殼，防止彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦.（6）在同一實驗中，畫力的圖示選定的標度要相同，并且要恰當選定標度,使力的圖示稍大一些。實驗原理與操作實驗操作牢記“一注意”和“兩記錄":（1）注意兩次結點O的位置必須相同。（2)兩個彈簧測力計拉橡皮條時，記錄兩彈簧測力計示數、兩繩方向和結點O的位置。(3)一個彈簧測力計拉橡皮條時,記錄彈簧測力計示數和細繩方向。［題組訓練]1．某同學做“驗證力的平行四邊形定則"的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結點,OB和OC為細繩.圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖。甲乙（1）如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。（2)本實驗采用的科學方法是________。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A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套；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，結點到達某一位置O。記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數；D．按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一個彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數,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，得出結論.上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的標號是________和________；②遺漏的內容分別是____________________________________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AO方向；而根據平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F′.(2）一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，故本實驗采用等效替代法，B正確.（3)①根據“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的標號是C、E。②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點拉到同一位置O。[答案］（1）F′(2)B（3)①CE②C中應加上“記下兩條細繩的方向"E中應說明“把橡皮條的結點拉到同一位置O"2．完成以下“驗證力的平行四邊形定則"實驗的幾個主要步驟:甲乙丙(1)如圖甲，用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長,記下結點O的位置、兩彈簧測力計的讀數F1、F2以及兩細繩套的方向.(2)如圖乙，用一只彈簧測力計鉤住細繩套，把橡皮條的結點拉到________,記下細繩套的方向（如圖丙中的c)，讀得彈簧測力計的示數F＝________。(3）如圖丙,按選定的標度作出了F1、F2的圖示,請在圖丙中：①按同樣的標度作出力F的圖示；②按力的平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′.（4）若F′與F_____________________________，則平行四邊形定則得到驗證。［解析](2)如題圖乙，用一只彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條的結點拉到同一位置O,記下細繩套的方向,由圖示彈簧測力計可讀得彈簧測力計的示數F＝4。0N.(3）①作出力F的圖示如圖所示。②根據力的平行四邊形定則，作出F1、F2的合力F′，如圖所示。（4）若有F′與F在實驗誤差允許的范圍內大小相等，方向相同，則平行四邊形定則得到驗證。[答案]（2）同一位置O4.0N(3)見解析(4)在實驗誤差允許的范圍內大小相等，方向相同數據處理與誤差分析1．數據處理——作圖法在“探究求合力的方法”實驗中，由作圖法得到的合力F與實際測量得到的合力F′不可能完全重合，只要在實驗誤差允許的范圍內，可以認為合力F與合力F′重合即可驗證平行四邊形定則，如圖所示。2．誤差分析(1）用兩個測力計拉橡皮條時，橡皮條、細繩和測力計不在同一個平面內,這樣得到的兩個測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力小。(2)結點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準，造成作圖的誤差。（3)作圖比例不恰當造成作圖誤差。［題組訓練]1．（2021·江蘇南通·高三月考)小明同學做“探究彈簧彈力和彈簧形變量的關系”的實驗.甲乙(1)實驗裝置如圖甲，下列操作規范的是________。A．實驗前，應該先把彈簧水平放置測量其原長B．逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重C．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重D．實驗結束后，應拆除實驗裝置，整理并復原實驗器材(2）小明同學在實驗后，根據記錄的數據進行處理，描繪出彈簧的伸長量Δl與彈力F相關的點如圖乙所示，請你根據所學知識用一定的線來擬合這些點。(3）根據擬合的線,回答以下問題：①本實驗中彈簧的勁度系數k＝________N/m；②圖線中后半部分明顯偏離直線,你認為造成這種現象的主要原因是________。[解析]（1)為了消除彈簧自重的影響，實驗前，應該先把彈簧豎直放置測量其原長，故A錯誤；為了更好的找出彈力與形變量之間的規律，應逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重，故B正確，C錯誤；實驗結束后，應拆除實驗裝置，整理并復原實驗器材，故D正確。（2)如圖所示(3）圖象直線部分的斜率的倒數表示彈簧的勁度系數,則k＝eq\f(4,4×10－2）N/m＝100N/m圖線中后半部分明顯偏離直線，即彈力與形變量不成正比，則造成這種現象的主要原因是超過彈簧的彈性限度。［答案］(1)BD（2）見解析(3）100超過彈簧的彈性限度2．(2018·天津高考）某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則"實驗，所用器材有:方木板一塊、白紙、量程為5N的彈簧測力計兩個、橡皮條(帶兩個較長的細繩套）、刻度尺、圖釘（若干個）。（1)具體操作前，同學們提出了如下關于實驗操作的建議，其中正確的有________。A．橡皮條應和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B．重復實驗再次進行驗證時,結點O的位置可以與前一次不同C．使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線,讀數時視線應正對測力計刻度D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力(2）該小組的同學用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標注信息有結點位置O、力的標度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如圖所示.其中對于提高實驗精度最有利的是________。［解析］(1)為了使實驗結果更具有普遍性，在實驗過程中不應讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位置，A錯誤;只要同一次實驗時用一個力和用兩個力拉的效果相同，即O點位置相同即可,重復實驗時的O點位置不需要與前一次實驗相同,B正確；使用測力計時，施力方向應沿測力計軸線,讀數時，視線應正對彈簧測力計的刻度，C正確；合力可以大于任一個分力，也可以等于分力,還可以小于任一分力，D錯誤.（2）A、D實驗中選取的力的標度過大,導致畫力時，線段太短，不利于實驗精確度；B圖和C圖選用的標度相同，但C中力太小，不利于作平行四邊形,故B符合題意。[答案](1）BC(2）B實驗拓展與創新在驗證力的平行四邊形定則的實驗中,試題往往避開課本中固定的實驗模式,另辟蹊徑，通過變換實驗裝置，變換操作方法，達到驗證實驗的目的，常見以下創新點。實驗原理的創新1．通過應用定滑輪，改變拉力的方向.2．鉤碼的總重力等于對應細繩拉力大小.1．將橡皮筋和彈簧秤的實驗角色互換。2．秤鉤上涂抹少許潤滑油,保證了橡皮筋兩側彈力大小相同,與兩側橡皮筋長度大小無關.實驗器材的創新圖(a）圖(b)圖(c）1．電子秤代替彈簧秤,可以直接讀出力的大小。2．同一電子秤應用于圖(a）、（b)、（c）三幅圖中，可得出三根細線中拉力的大小。實驗過程的創新1．探究拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。2．橡皮筋上端固定，下端掛一重物，用水平力兩次拉動重物，對應不同的軌跡。[題組訓練］1．有同學利用如圖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A和B，將繩子打一個結點O,每個鉤碼的重量相等，當系統達到平衡時，根據鉤碼個數讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題:（1)改變鉤碼個數，實驗不能完成的是________.A．鉤碼的個數N1＝N2＝2，N3＝4B．鉤碼的個數N1＝N3＝3，N2＝4C．鉤碼的個數N1＝N2＝N3＝4D．鉤碼的個數N1＝3，N2＝4,N3＝5(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是________。A．標記結點O的位置,并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向B．量出OA、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量(3）在作圖時，你認為圖中________是正確的.（選填“甲”或“乙”)甲乙[解析］(1）此實驗中的分力與合力的大小關系必須滿足：|F1－F2｜＜F3＜F1＋F2，因此B、C、D選項是可以的。(2)A(3)實驗中F3是豎直向下的，所以甲是正確的。［答案]（1）A（2)A(3）甲2．（2020·廣州模擬)一同學用電子秤、水壺、細線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品,在家中驗證力的平行四邊形定則。甲乙丙(1)如圖甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺________時電子秤的示數F。（2)如圖乙，將三細線L1、L2、L3的一端打結,另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺帶上。水平拉開細線L1，在白紙上記下結點O的位置、____________和電子秤的示數F1。（3）如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平線上，并將L1拴在其上.手握電子秤沿著(2）中L2的方向拉開細線L2，使________和三根細線的方向與(2）中重合，記錄電子秤的示數F2。(4）在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示,根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示,若________________,則平行四邊形定則得到驗證.[解析]（1)要測量裝滿水的水壺的重力，需記下水壺靜止時電子秤的示數F.（2）要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結點O的位置的同時,也要記錄三細線的方向以及電子秤的示數F1。(3)已經記錄了一個分力的大小,還要記錄另一個分力的大小，則結點O位置不能變化，力的方向也不能變化，所以應使結點O的位置和三根細線的方向與(2）中重合，記錄電子秤的示數F2。（4)根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若F和F′在誤差允許的范圍內重合,則平行四邊形定則得到驗證。[答案]（1）靜止(2）三細線的方向（3）結點O的位置(4）F和F′在誤差允許的范圍內重合3．（2020·陜西西安中學高三月考）某物理實驗小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗.圖1圖2(1）圖1是實驗裝置，將橡皮條一端固定在長木板上，另一端與兩根細繩相連，兩細繩的另一端分別有一個繩套。實驗時，先用兩個彈簧測力計平行于木板拉繩套,將橡皮條與細繩的結點拉到O點，其中拉OC細繩的彈簧測力計指針位置如圖1所示，其讀數為________N；根據記錄的兩個彈簧測力計的示數F1、F2和各自的方向，作出這兩個力的圖示，并用作圖法作出兩個力的合力F；再用一個彈簧測力計拉橡皮條，也使結點到O點，記錄這時彈簧測力計的示數和方向,并作出這個力的圖示F′，圖2中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)關于實驗中的一些要點,下列說法正確的是______________。A．分力和合力的大小都不能超過彈簧測力計的量程B．在測量同一組數據F1、F2和F′的過程中,橡皮條與細繩結點的位置不能變化C．橡皮條彈性要好,拉結點到達某一位置O時，拉力要適當大些D．拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要近些（3）仔細分析實驗后，該小組懷疑實驗中的橡皮條被多次拉伸后彈性發生了變化，從而影響實驗結果。他們用彈簧測力計先后兩次將橡皮條拉伸到相同長度,發現讀數不相同,于是他們進一步探究了拉伸過程對橡皮條彈性的影響。實驗裝置如圖3所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上,把橡皮條的一端固定于O點，另一端N掛一重物.用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程,再次記錄下N的軌跡。圖3圖4兩次實驗記錄的軌跡如圖4所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點,則實驗中橡皮條分別被拉伸到a點和b點時所受拉力Fa、Fb的大小關系為Fa________Fb(填“大于"“小于”或“等于”）。(4)根據上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出一點注意事項：________.[解析](1）由圖1所示彈簧測力計可知，其分度值為0.1N,示數為2.60N；用一個彈簧測力計拉橡皮條時，拉力的方向與橡皮條伸長的方向在同一直線上，用一個彈簧測力計拉橡皮條時拉力的圖示為力的圖示F′,則F′的方向一定沿橡皮條AO的方向。（2）為保持彈簧測力計，分力和合力的大小都不能超過彈簧測力計的量程,故A正確;為保證力的作用效果相同，在測量同一組數據F1、F2和F′的過程中,橡皮條與細繩結點的位置不能變化，故B正確；為減小實驗誤差方便實驗操作，橡皮條彈性要好，拉結點到達某一位置O時，拉力要適當大些，故C正確；為準確標記拉力的方向,拉橡皮條的細繩要長些,標記同一細繩方向的兩點要遠些，故D錯誤。（3)N點受力如圖所示，由于a、b在同一直線上,橡皮條與豎直方向的夾角相同，設為θ，緩慢地移動N，N處于動態平衡狀態，則Fa＝eq\f（mg,cosθ）,Fb＝eq\f(mg,cosθ)則Fa＝Fb。（4)橡皮條使用時間長了彈性可能會發生變化,為方便實驗操作減小實驗誤差，應選擇彈性好的新橡皮條進行實驗。［答案](1）2。60F′（2)ABC(3)等于（4)選擇彈性好的新橡皮條實驗4．(2019·江蘇七市三模）驗證“力的平行四邊形定則"，如圖所示，實驗步驟如下:①用兩個相同的彈簧測力計互成角度拉細繩套,使橡皮條伸長，結點到達紙面上某一位置，記為O1;②記錄兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的大小和方向；③只用一個彈簧測力計，將結點仍拉到位置O1,記錄彈簧測力計的拉力F3的大小和方向；④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根據力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F；⑥比較F3和F的一致程度。（1)下列說法中正確的是________。A．應使橡皮條與兩繩夾角的平分線在同一直線上B．為了便于計算合