1、高考资源网（ ），您身边的高考专家实验3：验证力的平行四边形定则一、实验目的(1)会使用弹簧测力计。(2)验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。二、实验原理 (1)等效法：一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力F就是这两个力F1和F2的合力，作出力F的图示，下图所示。 (2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示。 (3)验证：比较F和F的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。 三、实验器材 方木板，白纸，弹簧测力计(两只)，橡皮条，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉
2、(几个)。 四、实验步骤 (1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。 (2)用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 (3)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，下图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。(4)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。(5)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。五、数据处理(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2
3、为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。(2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤(4)中弹簧测力计的拉力F的图示。(3)比较F与F是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。六、注意事项(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同。(3)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60100之间为宜。(4)实验时弹簧测力计应与木板平
4、行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些。(5)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向。(6)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。七、误差分析(1)弹簧测力计本身的误差。(2)读数误差和作图误差。(3)两分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差F也越大。八、实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作如下：(1)把两条细绳中的一条细绳与弹
5、簧测力计连接，另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至O点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数F1。(2)放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳上，用手再同时拉这两条细绳，使结点至O点，并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数F2。其他步骤与提供两个弹簧测力计相同。这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程麻烦。命题研究一、实验原理和实验误差分析【题例1】 (2012湖南长沙模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况下图甲所示，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图
6、。(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_。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，主要的步骤是：A在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；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用两个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，读出两个弹簧测力计的示数；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
7、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_。解题要点：命题研究二、实验数据处理【题例2】 (2012浙江理综)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/N0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x/102 m0.741.802.803.724.605.586.42 用作图法
8、求得该弹簧的劲度系数k_ N/m；(2)某次实验中，弹簧秤的指针位置下图所示，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，画出这两个共点力的合力F合；(3)由图得到F合_ N。解题要点：1(2012安徽“淮安联考”月考)在验证力的平行四边形定则的实验中，根据实验数据画出力的图示(下图所示)。图上标出了F1、F2、F、F四个力，其中不是由弹簧测力计直接测得的力是_(填上述字母)；在该实验中，需要记录和观察的是下面哪些项目_。A记录力F1、F2间的夹角B记录力F1、F2和F的大小和方向C观察力F、F的大小是否基本相同D观察力F、F的方向是否基本相同2在“验证力的平行四边形
9、定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套，下图所示。实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条。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C在使用弹簧测力计时要注意使弹簧秤与木板平面平行其中正确的是_。(填入相应的字母)3(2012上海六校联考)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，下图所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
10、 (1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_N和_N。(只须读到0.1 N)(2)在方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。4(2012江西师大附中、鹰潭一中联考)“验证力的平行四边形定则”实验中。(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：A将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线。B在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，下图甲所示，记录：_、_、_。C将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，下图乙所示，小心调整B、C的位置，使_，记录_。(2)如果“力的平行四边形定则”得到
11、验证，那么图乙中_。专题提炼升华临界和极值问题在动力学中的运用本章内容是整个力学的基础，因此高考对本专题的考查是通过与其他知识综合的形式出现，主要涉及弹簧弹力、摩擦力、共点力的合成与分解、物体的平衡等。从历年的高考试题看，单独考查本专题知识的题目较少，多数是将本专题内容与牛顿运动定律、功和能、电磁学等结合起来考查。例如2012年山东理综第17题，2012年江苏单科第5题等。从近几年高考命题可以看出，受力分析及物体平衡的计算一直是高考中的热点。预计在2013年的高考中随着高考试题的难度、区分度的稳定，将保持现有水平；单独出题时，往往以选择题为主，较多的是将本专题内容与其他知识结合起来考查。因此在
12、平时复习中需注重对高考热点的深化和巩固，如“弹簧模型”在不同物理情境下的应用、摩擦力的存在与否及静摩擦力方向的判断、力的合成与分解以及共点力平衡等。要注意解决共点力平衡问题常用的基本方法，如正交分解法、力的三角形法等。另外还要注意本章知识与社会生产、生活和现代科技的结合。一、摩擦力突变问题当物体的受力情况发生变化时，摩擦力的大小和方向往往会发生变化，有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。该类问题常涉及摩擦力的突变问题，在分析中很容易发生失误。在解决此类问题时应注意以下两点：(1)如题干中无特殊说明，一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。(2)由于此类问题涉及的过程较为复杂，采用特殊位
13、置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单。【例题1】 (2012合肥教学质量检测)物块m位于斜面上，受到平行于斜面的水平力F的作用处于静止状态，下图所示。若将外力F撤去，则( )A物块可能会沿斜面下滑B物块受到的摩擦力变小C物块受到的摩擦力大小不变D物块对斜面的压力变小解题要点：二、极限法在解决物理问题中的应用极限法是把某个物理量推向极端，即极大和极小或极左和极右，并依此做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论。极限法只有在所研究的变量发生单调、连续变化，并存在理论极限时才适用，但却是一种科学的思维方法，是解决物理问题的“短、平、快”方法之一。在平时的物理学习中，有意识地进行一些这样的思
14、维方法训练，能有效地培养自己的创造性思维能力。【例题2】 下图所示，两光滑斜面的高度相同，乙斜面的总长度和甲斜面的总长度相同，只是乙斜面由两部分接成。将两个相同的小球从两斜面的顶端同时由静止开始释放，不计在接触处的能量损失，问哪一个球先到达斜面底端( )A甲球先到达 B乙球先到达C两球同时到达 D无法确定解题要点：参考答案考向探究突破【题例1】 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“把橡皮条的结点拉到同一位置O”解析：(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向
15、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)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，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。【题例2】 答案：(1)如图所示53(说明：2内都可)(2)2.10(说明：有效数字位数正确，0.02内都可)见解析图(3)3.3(说明：0.2内都可)解析：(1)作图时注意横坐标轴的标度，连线一定是一条过原点的直线，计算k时可取直线上较远的两点计算，例如(0.74102，0.50)，(6.42102,3.50)，k N/m53 N/m(2)注意
16、估读，作图时注意选取标度，都从O点沿力的方向按力的大小作出力的图示。(3)以这两个力作为平行四边形的两条邻边，作平行四边形，画出对角线。用刻度尺量出平行四边形对角线的长度，除以标度，得出F合3.3 N。演练巩固提升1答案：FBCD解析：F是F1和F2根据平行四边形定则作的对角线，F是用一个弹簧测力计直接测出的合力。为了作出平行四边形，需记录F1和F2的大小和方向，并观察平行四边形定则作出的合力与真正的合力是否基本相同。2C解析：该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故B错；与两绳长短无关，A错；但需使两分力与合力在同一平面内，故C正确。3答案：(1)2.54.0(2)
17、如图所示解析：(1)两弹簧测力计的最小分度均为0.1 N，两拉力大小分别为2.5 N和4.0 N。(2)方格纸上的每一方格的边长代表1 N，根据这个标度作出这两个分力的图示，再根据平行四边形定则作出它们的合力，如答案图所示。4答案：(1)见解析(2)解析：(1)B.记录钩码个数(或细线拉力)，橡皮筋与细线结点的位置O，细线的方向(说明：能反映细线方向的其他记录也可以)。C应使橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合，并记录钩码个数和对应的细线方向。(2)对结点进行受力分析，设每个钩码的质量均为m，由平衡条件可知，水平方向满足：4mgcos 3mgcos ，所以。专题提炼升华【例题1】B解析
18、：开始物体沿斜面方向的力有推力F，沿斜面重力分力Gxmgsin (重力垂直斜面分力Gy与斜面对物体的支持力抵消)以及静摩擦力f1，f1Gxmgsin 。当撤去F后，物体受力： 重力G、支持力FN、摩擦力f2由于最大静摩擦力大于Gx，因此物体不下滑仍静止。F2Gxmgsin f1，压力FNFNGymgcos 不变，只有B正确。跟踪训练1.B解析：物体在竖直方向上只受重力G和摩擦力Ff的作用。由于Ff从零开始均匀增大，开始一段时间FfG，物体加速下滑；当FfG时，物体的速度达到最大值；之后FfG，物体向下做减速运动，直至减速为零。在整个运动过程中，摩擦力为滑动摩擦，其大小为FfFNFkt，即Ff与
19、t成正比，是一条过原点的倾斜直线。当物体速度减为零后，滑动摩擦力变为静摩擦力，其大小为FfG，所以物体静止后的图线为平行于t轴的线段。正确选项为B。【例题2】 B解析：对于甲，lat2，而agsin g，所以t甲。对乙来讲，由于条件不足无法用常规方法求出小球从斜面上滑下的时间。但是因问题变化的连续性，可用极端思维分析法迅速得到答案。设想0，此时小球运动的时间可分为两部分(斜面的总长度相等)，竖直部分的自由下落t1；水平部分的匀速运动t2；tt1t2，由于lh，所以实际情况是t甲t乙t，正确选项为B。跟踪训练2.A解析：本题的解法实际上是假想一个特例来对答案进行检验而得出结论。若不进行这样的假设则需根据胡克定律和牛顿定律列方程求解，较之极限分析法则麻烦多了。极限分析法又称为“特殊值检验法”，是解选择题时常用的方法之一。假设题给条件中l0，其意义是没有将盘往下拉，则松手放开，弹簧的长度不会变化，盘仍静止，盘对物体的支持力大小应为mg。以l0代入四个备选答案中，只有选项A能得到mg，可见只有选项A正确。欢迎广大教师踊跃来稿，稿酬丰厚。
