1、第4讲实验二探究力的平行四边形定则误差分析本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于以下两个方面：1读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录2作图误差减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差F就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大,注意事项1位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同2角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60120之间为宜3尽量减少误差(1)在合
2、力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向4统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些.热点对实验原理及实验过程的考查【典例1】 在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条(1)(多选)某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A两根细绳必须等长B橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上中国教育出版网C在使用弹簧秤时要注意
3、使弹簧秤与木板平面平行D在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等E在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置其中正确的是_(填入相应的字母)(2)“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图241甲所示，其中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力的示意图图241图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_(单选)本实验采用的科学方法是_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)(多选)某同学在坐标纸上画出了如图242所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两
4、力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为1和2，关于F1、F2与F、1和2关系正确的有_图242AF14 N BF12 NC145 D12，所以选项B、C正确答案(1)CE(2)FB(3)BC1实验过程应注意(1)结点O定位O点时要力求准确同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变(2)拉力用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向应尽量使橡皮条、弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内两个分力F1、F2间的夹角不要太大或太小(3)作图在同一次实验中，选定的比例要相同严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力2操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧秤拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹
5、簧秤示数、两细绳方向和结点O的位置)，用一个弹簧秤拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧秤示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等【变式跟踪1】 (2013海口模拟)将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图243所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出中国教育出版网图243图244(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_ N和_ N.(2)在如图244所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力解析(1)弹簧测力计
6、的最小刻度为0.1 N，读数时应估读一位，所以读数分别为2.50 N和4.00 N.(2)取一个小方格的边长表示0.50 N，作出两个力及它们的合力如图所示答案(1)2.504.00(2)见解析图深刻理解实验原理，实现实验方法的迁移实验原理是实验的核心和灵魂，实验方法、实验步骤、仪器的选择、数据的处理等一切实验的问题都是围绕实验原理展开的，深刻理解实验原理是形成设计实验的能力的基础只要弄懂了实验原理，实验操作过程中的一些规定、注意事项就变成了易于理解掌握的知识，完成相同的实验，可以有不同的实验方法如可以用三个共点力平衡的装置来验证平行四边形定则【典例2】 (2011江苏卷，10)图245某同学
7、用如图245所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为_N.(2)(单选)下列不必要的实验要求是_(请填写选项前对应的字母)A应测量重物M所受的重力B弹簧测力计应在使用前校零中国教育出版网C拉线方向应与木板平面平行D改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解
8、决办法解析(1)由题图知，弹簧测力计A的最小刻度值为0.2 N，读数为3.6 N.(2)验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D错；M的重力即合力，A对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C对(3)对O点受力分析如图所示，可见若减小FOA可调节FOB的大小或方向，调节OA方向或减小物重G等答案(1)3.6(2)D(3)减小弹簧测力计B的拉力；减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等)【变式跟踪2】 (多选)有同学利用如图246所示图246的装置来验证力的平行四边形定则：在竖
9、直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是()A钩码的个数N1N22，N34B钩码的个数N1N33，N24C钩码的个数N1N2N34D钩码的个数N13，N24，N35(2)(单选)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是()A标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B量出OA、OB、OC三段绳子的长度中教网C用量角器量出三段绳子之间的夹角D用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为图247中_是正确的(填“甲”或“乙”)
10、图247解析(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1F2|F3F1F2，因此B、C、D选项是可以的(2)A(3)甲实验中F3是竖直向下的答案(1)BCD(2)A(3)甲预测高考命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现拓展性、开放性、探究性等特点视角1考查对实验原理的理解、实验方法的迁移(如典例2及变式跟踪2)视角2实验器材的改进用橡皮筋弹簧秤三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则使用力的传感器用力传
11、感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则1在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条(1)(多选)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的_(填字母代号)中国教育出版网A将橡皮条拉伸相同长度即可B将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C将弹簧秤都拉伸到相同刻度D将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2)(单选)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是_(填字母代号)A两细绳必须等长B弹
12、簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些解析(1)该实验的关键是等效替代，故选B、D.答案(1)BD(2)B2在“探究共点力合成规律”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：A在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；图248B只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉同样长度；C记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；D在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮筋的一端固定在板上P点，用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与
13、细绳的连接点到达某一位置O，并记下此位置，如图248所示；E记下测力计的读数F和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这中国教育出版网个实测合力F和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相近；F用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；G改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论(1)上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是_(填选项前的字母)；正确的操作应为_(2)上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是_(填选项前的字母)；(3)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为_(填选项前的字母)解析(1)B中只是说“通过细绳把橡皮筋拉同样长度”，并没有强调沿PO方向(2)本
14、实验中只需要保证弹簧秤两次作用的效果相同即可，没有必要记录橡皮筋被拉伸的实际长度，故多余的步骤是F.(3)根据本实验的实验原理可知，题述实验步骤合理的顺序是DCABEG.答案(1)B只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到O点(2)F(3)DCABEG3用等效代替法验证力的平行四边形定则的实验情况如图249甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是白纸上根据实验结果画出的图图249(1)本实验中“等效代替”的含义是_A橡皮筋可以用细绳替代B左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果C右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果D两弹
15、簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代(2)图乙中的F与F两力中，方向一定沿着AO方向的是_，图中_是F1、F2合力的理论值，_是合力的实验值(3)(多选)完成该实验的下列措施中，能够减小实验误差的是_A拉橡皮筋的绳细一些且长一些B拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行中_教_网z_z_s_tepC拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些D使拉力F1和F2的夹角很小解析(1)验证平行四边形定则的实验中，第一次同时用两个弹簧测力计作用在橡皮筋上，将橡皮筋与细线的结点拉到一个合适的位置，第二次只用一个弹簧测力计作用在橡皮筋上，使橡皮筋与细线的结点到达同
16、样的位置，可见两次弹簧测力计对橡皮筋产生的作用效果相同，可以等效替代，故选D.(2)根据第(1)问的分析可知，力F一定沿AO方向；据平行四边形定则合成出来的力F是合力的理论值，而力F则是合力的实验值(3)细绳越细，重力等因素的影响越小，弹簧测力计的读数越准确；细绳越长，则确定弹簧拉力的方向就越准确；拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行，可以避免弹簧测力计中的金属杆与测力计外壳之间的摩擦；拉橡皮筋的细绳长些，在标记同一细绳方向时两点就可以画得适当远一些，这样作图造成的误差就小；拉力F1和F2的夹角很小时，作图造成的误差会较大综上所述，选A、B、C.答案(1)D(2)FFF
17、(3)ABC4在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：弹力F(N)0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x(102 m)0.741.802.80中国教育出版网3.724.605.586.42根据表中数据在图2410中作出Fx图象并求得该弹簧的劲度系数k_N/m；图2410图2411(2)某次实验中，弹簧秤的指针位置如图2411所示，其读数为_N；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在下列虚线框中画出这两个共点力的合力F合；(3)由图得
18、到F合_N.解析(1)以水平方向为x轴，竖直方向为F轴，建立直角坐标系，然后描点，选尽可能多的点连成一条线，其图线的斜率即为弹簧的劲度系数k，在直线上任取一点，如(6102，3.2)，则k N/m53 N/m.(2)弹簧秤的读数为2.10 N，选标度合力的图示如图所示(3)经测量，合力F合3.3 N.答案(1)见解析图53(说明：2范围内都可)(2)2.10(说明：有效数字位数正确，0.02范围内都可)见解析图(3)3.3(说明：0.02范围内都可)5甲、乙、丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”实验，所用弹簧测力计的量程为05 N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端通过细
19、绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，如图2412所示，此时细绳都与平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小甲同学：F1和F2的方向互相垂直，F13.0 N、F23.8 N；乙同学：F1和F2方向间的夹角约为30，F1F24.0 N；丙同学：F1和F2方向间的夹角约为120，F1F24.0 N这三位同学中操作不正确的是哪一位？并说明原因图2412解析甲同学：F1和F2的方向互相垂直，其合力大小小于5 N，小于弹簧测力计的最大测量值；乙同学：F1和F2方向间的夹角约为30，其合力大小大于5 N，超过了弹簧测力计的最大测量值；丙同学：F1和F2方向间的夹角约为120，其合力大小小于5 N，小于弹簧测力计的最大测量值；这三位同学中操作不正确的是乙同学答案操作不正确的是乙同学，因为他这两个力的合力超过了弹簧测力计刻度的最大值5 N，之后再用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉不到O点.
