1、实验三：验证力的平行四边形定则一、实验原理与实验操作二、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60100之间为宜.3.在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些.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.三、误差分析1.误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等.2.减小误差的办法(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和
2、弹簧测力计的精度正确读数和记录.(2)作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.【基础自测】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 A 点，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套.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至某一确定的 O 点，如图 S3-1 所示.图 S3-1(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几点：A.两弹簧测力计的拉力必须等大B.同一次实验过程中，O 点的位置不允许变动C.为了减小误差，两弹簧测力计的读数必须接近量程其中正确的是_.(填选项前的字母)(2)上述实验中所说的合力与两个分力具有相同的效果，是指下
3、列说法中的_.A.弹簧测力计的弹簧被拉长B.固定橡皮条的图钉受拉力产生形变C.绳套受拉力产生形变D.使橡皮条在同一方向上伸长同一长度解析：(1)两弹簧测力计的弹力大小要适中，但不一定大小相同，也不一定必须接近弹簧测力计的量程，故 A、C 错误；只有将绳套与橡皮条的结点每次都拉至 O 点，橡皮条才沿同一方向产生相同的形变，弹簧测力计的拉力才产生相同的效果，故 B 正确.(2)该实验中所说的合力与两个分力具有相同的效果，是指合力与两个分力分别拉橡皮条时，使橡皮条在同一方向上伸长同一长度，故 D 正确.答案：(1)B (2)D考点 1 对实验原理及实验操作的考查【典题 1】(2018 年天津卷)某研
4、究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：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).(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是_.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(2)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表示力的作用线的
5、点，如下图所示.其中对于提高实验精度最有利的是_.ACBD解析：(1)为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A 错误；只要每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即 O 点位置相同，不需要每次实验的 O 点位置都相同，B 正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C 正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D 错误.(2)A、D 图中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B 图和 C 图选用的标度相同，但 C 图中力太小，不利于作平行四边形，B 符合题意.
6、答案：(1)BC (2)B方法技巧：实验操作记忆口诀：结点位置 O 确定，两绳夹角要适中.力秤木板要平行，眼睛读数垂直秤.细绳套应适当长，铅笔两点定方向.画力标度要适当，不然误差要粗放.考点 2 对实验过程及数据处理的考查【典题 2】(2017 年新课标卷)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)的纸贴在水平桌面上，如图 S3-2 甲所示.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)用一个弹簧测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉
7、至坐标原点 O，此时拉力 F 的大小可由测力计读出.测力计的示数如图乙所示，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甲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 为作用点，在图甲中画出力 F1、F2 的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力 F合.甲乙图 S3-2F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
8、差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则.解析：(1)由图可知，F 的大小为 4.0 N.(2)画力 F1、F2 的图示，画出合力 F合，F合长为 20 mm，所以 F合大小为 4.0 N，结合图象并根据数学几何关系知，F合与拉力 F 的夹角的正切值为 0.05.图 D32答案：(1)4.0 (2)如图 D32 所示.4.0 0.05(1)根据胡克定律，橡皮筋的弹力可近似认为与其伸长量成正比，将力的测量转化为伸长量的测量；(2)根据平衡条件得到合力与分力的大小.(3)根据共点力平衡的条件，任意两个力的合力必与第三个力等大反向，得到两个力的合力.【典题 3】(2019 年南昌模拟)某物理课外
9、兴趣小组的三名同学想“验证力的平行四边形定则”，他们找到了如下物品：一根粗细均匀的长橡皮筋、木板、剪刀、白纸、铅笔、刻度尺、三角板、三个重量相同的钩码、图钉和细绳若干.他们设计了如下实验方案：步骤 1：橡皮筋一端固定，另一端系上细绳套，分别挂上一个、两个、三个钩码，用刻度尺测量挂上相应的钩码时橡皮筋的长度，看伸长量是否与所挂钩码数成正比，若成正比则进行下一步；步骤 2：将橡皮筋剪成长度均为 l 的三段，将三段橡皮筋的一端系在一起设为结点 O，另一端均系上细绳套，任取两细绳套对拉检查对应橡皮筋长度是否相等，若相等则进行下一步；步骤 3：在木板上固定白纸，在白纸合适位置用图钉套住一细绳套，现用手将
10、另两细绳套成一定角度往下拉适当的距离记录结点 O 的位置和测量三段橡皮筋的长度 l1、l2、l3.(如图 S3-3所示)图 S3-3(1)则有关上述操作说法正确的有()A.步骤 1 的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律B.步骤 2 的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同C.步骤 3 还需要记录橡皮筋 2、3 的方向D.步骤 3 还需要测力计测量三段橡皮筋的拉力大小(2)该小组的三名同学分别做此实验，则他们在改变细绳的夹角再做实验时_(填“需要”或“不需要”)保证结点O 位置不变.现测得 l10.0 m，则甲、乙、丙记录的数据明显存在错误的是_(填“甲”“乙”或“丙”).甲：l1l2l315.0
11、cm；乙：l115.0 cm，l212.0 cm，l312.0 cm；丙：l116.0 cm，l213.0 cm，l314.0 cm.解析：(1)步骤 1 中，若橡皮筋的伸长量与所挂钩码数成正比说明符合胡克定律，则步骤 1 的目的是判断橡皮筋是否符合胡克定律，故 A 正确；任取两细绳套对拉，因橡皮筋受的拉力相等，若对应橡皮筋长度相等，则形变量相同，则劲度系数相同，则步骤 2 的目的是判断三段橡皮筋劲度系数是否相同，故B 正确；步骤 3 还需要记录橡皮筋 2、3 的方向，故 C 正确；因橡皮筋的拉力与形变量成正比，则步骤 3 不需要测力计测量三段橡皮筋的拉力大小，故 D 错误.(2)该小组的三名同学分别做此实验，则他们在改变细绳的夹角再做实验时，因两次实验间无任何关系，则不需要保证结点 O 位置不变.用橡皮筋的长度减去原长即为伸长量，此伸长量与力成正比，可代替力来操作，则甲同学中三个力分别对应：5 N、5 N、5 N，三力能平衡；乙同学中三个力对应：5 N、2 N、2N，此三力不可能平衡；丙同学中三个力对应：6 N、3 N、4 N，此三力可能平衡；故乙记录的数据明显存在错误.答案：(1)ABC (2)不需要乙
