1、实验三：验证力的平行四边形定则 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。去掉细绳后，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。 误差分析产生原因减小方法偶然误差读数误差弹簧测力计数据在允许的条件下尽量大些，读数时眼睛要正视作图误差两分力夹角不能太大
2、或太小，作图时两力的对边一定要平行系统误差弹簧测力计本身的误差选较精确的弹簧测力计考点一教材原型实验实验原理与操作操作不忘“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。某同学做验证力的平行四边形定则的实验，如图甲所示，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_。
3、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：A在桌上放一块木板，在木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在木板上；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用两只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，读出两只弹簧测力计的示数；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
4、和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中，有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。解析：(1)由一只弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；两只弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力，根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力，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)有重要遗漏的步骤的序号是C、E。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)CEC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
5、拉到同一位置O”变式12018天津卷9(2)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有_。A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及
6、表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是_。解析：A错：两绳套拉力的合力不一定沿角平分线。B对：同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点O的位置相同，不同次实验结点O的位置可以不同。C对：为减小摩擦和误差，施力方向沿测力计轴线，读数时视线正对测力计刻度。D错：合力可以比分力大，也可以比分力小。为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细线方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些。故选B。答案：BCB数据处理及分析(2017全国卷22)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌
7、面上，如图(a)所示。将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长。(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O。此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N。(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N。()用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的
8、合力F合；()F合的大小为_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_。若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。解析：(1)由题给测力计示数可知，读数为4.0 N。(2)作图，F2长度为28 mm，F1长度为21 mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20 mm，大小代表4.0 N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值。答案：(1)4.0(2)()如图所示()4.00.05变式2完成以下“验证力的平行四边形定则”实验的几个主要步骤：(1)如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住细绳，互成角度地拉橡皮条，
9、使橡皮条伸长，记下结点O的位置，两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳的方向。(2)如图乙，用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到_，记下细绳的方向(如图丙中的c)，读得弹簧测力计的示数F_。(3)如图丙，按选定的标度作出了力F1、F2的图示，请在图丙中：按同样的标度作出力F的图示。按力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F。(4)若F与F_，则平行四边形定则得到验证。点拨：验证力的平行四边形定则的核心思想就是等效替代法，所以在两次拉橡皮条的过程中，应保持O点位置不变，另外利用力的图示验证时，作图要规范精准。解析：(2)用一个弹簧测力计钩住细绳把橡皮条的结点拉到同一位置O，记下细绳的方向，
10、由图乙可读得弹簧测力计的示数F4.0 N。(3)作出力F的图示如图所示。根据力的平行四边形定则，作出F1、F2的合力F，如图所示。(4)若有F与F在误差允许范围内大小相等，方向相同，则平行四边形定则得到验证。答案：(2)同一位置O4.0 N(3)见解析(4)在误差允许范围内大小相等，方向相同考点二实验拓展创新实验器材的改进某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验，装置如图甲，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点O下方悬挂钩码，力传感器1、2的示数分别为F1、F2，调节两个定滑
11、轮的位置可以改变两细绳间的夹角。实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为100克，取g9.8 m/s2。(1)关于实验，下列说法正确的是_。A实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内B每次实验都必须保证结点位于O点C实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向D实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据某次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了F1、F2，请你作图得到F1、F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因 _。解析：(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于细线中的拉力，选项A正确
12、；该装置每次实验不需要保证结点位于O点，选项B错误；实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，选项C正确；悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项D错误。(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F。该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。答案：(1)AC(2)如解析图所示定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即可)变式3(2020湖北沙市中学考试)小华在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水的总质量m1 kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计实验来验证力的平行四边形定则。取重力加速度g10 m/
13、s2，具体操作如下：a如图甲所示，将弹簧P上端固定，让其自然下垂，将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度L1；b如图乙所示，在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢地拉起弹簧Q，使弹簧P偏离竖直方向，其轴线与竖直方向的夹角为60，测出弹簧P的长度仍为L1，弹簧Q的长度为L2及其轴线与竖直方向的夹角为；(1)由图甲可得L1_cm。(2)当L2_cm，_时，就验证了力的平行四边形定则。解析：(1)由题图甲知刻度尺的分度值为1 mm，则弹簧P的长度为L117.50 cm。(2)若要验证力的平行四边形定则，则两弹簧拉力的合力与矿泉水瓶的重力
14、等大反向，根据几何关系可知，当两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等时，F1、F2的合力与矿泉水瓶的重力mg等大反向，验证了力的平行四边形定则，此时L217.50 cm，60。答案：(1)17.50(2)17.5060实验方法的创新某同学用一弹簧测力计和一橡皮条做验证平行四边形定则的实验，装置如图所示。实验步骤如下：将贴有白纸的木板竖直固定，将橡皮条上端挂在木板上O点；将三根细线Pa、Pb、Pc结于P点。a端系在橡皮条下端，c端暂时空置，b端挂一钩码，钩码静止后，记录钩码重力G的大小和方向；以O为圆心以OP为半径，画一圆弧；用弹簧测力计钩住c端，向右上方缓慢拉，调整拉力方
15、向，使结点P移到图中所示位置，记录该位置和弹簧测力计的示数；在白纸上作出各力的图示，验证平行四边形定则是否成立。(1)第步中还应记录的是_；(2)第步中，若橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于_，方向_则可验证平行四边形定则。解析：(1)第步中还应记录的是弹簧测力计拉力(即细线Pc)的方向，以便中验证平行四边形定则；(2)第步中，钩码的重力、橡皮条的拉力和弹簧测力计的拉力三力平衡，则橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于重力G，方向与重力方向相反，即竖直向上。答案：(1)弹簧测力计拉力(即细线Pc)的方向(2)G竖直向上变式4某实验小组用一支弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形
16、定则，设计了如图所示的实验装置。固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2，主要实验步骤如下：(1)弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点处，记下弹簧测力计的示数F；(2)弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O处，此时绳套1沿0方向，绳套2沿120方向，记下弹簧测力计的示数F；(3)根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力为_；(4)比较_即可初步验证；(5)只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤；(6)将绳套1由0方向缓慢转动到60方向，同时绳套2由120方向缓慢转动到180方
17、向，此过程中保持橡皮筋的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120不变，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是_。(填选项前的序号)A逐渐增大 B.先增大后减小C逐渐减小 D.先减小后增大解析：在用两个力拉绳套时，由于夹角为120，根据平行四边形定则，由几何知识可得绳套1的拉力为F，只需从弹簧秤读数上验证F和F是否相等即可。两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出图象，如图所示，根据图象可知，绳套1的拉力大小逐渐增大。答案：(3)F(4)F和F(6)A1(2017全国卷16)本题素材源于人教版必修1P5758演示实验如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直
18、线运动。若保持F的大小不变，而方向与水平面成60角，物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为()A2 B.C. D.C当F沿水平方向时，物块受力如图甲所示，有FFf，FfFN，FNmg，联立解得Fmg当F与水平面成60角时，物块受力如图乙所示，有Fcos 60Ff，FfFN，FNmgFsin 60，联立解得Fcos 60(mgFsin 60)联立解得，C正确。 演示(P5758)把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块。在拉力F增大到一定值之前，图3.32测力计指针下面的小纸团可以“记住”拉力曾经达到的最大值。如果用力的传感器代替弹簧测力计做这个实验，能够在计算机屏幕上
19、直接得到拉力变化的图线 2(2019天津理综2)本题素材源于人教版必修1P102课题研究2018年10月23日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是()A增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布C增加钢索的数量，索塔受到的向下的压力增大，A错误；当索塔受到的力F一定时，降低索塔的高度，钢索与水平方向的夹角减小，则钢索受到的拉力将增大，B错误；如果索塔两侧的钢索对称且拉力大小相同，则两侧拉力在水平方向的合力为零，钢索的合力一定竖直向下，C正确；索塔受到钢索的拉力合力竖直向下，当两侧钢索的拉力大小不等时，由图可知，两侧的钢索不一定对称，D错误。 演示(P102)图课4斜拉桥图课4所示的斜拉桥是一种防止梁式桥弯曲的方法。这种方法使斜拉的钢索承受部分重量。其他种类的桥是怎样防止桥面过分弯曲的？请同学们自己来研究(可查找相关的资料)。
