1、【 精品教育资源文库 】 实验三 验证力的平行四边形定则 考纲要求 考情分析 命题趋势 研究力的平行四边形定则 2017 全国卷 ， 22 对本实验的考查主要侧重于基本实验步骤细节的落实、实验误差的分析、等效法的理解等，当然本实验也可以通过其他形式的设计来实现，遇到这种情况要注意创新设计的实验与基本实验的区别和联系 知识梳理 夯实基础 一、实验流程 二、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减小误差的方法 (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 【 精品教育资源文库 】 (2)拉力 用弹簧测力计测拉力
2、时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向 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 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，选定的标度要相同 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 三、注意事项 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 四、实验改进 本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体
3、操作如下： 1把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，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，然后同时拉这两条细绳，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 核心考点 分层突破 考点 1 实验原理与操作 例 1(2018 江西南昌模拟 )某同学用钩码和弹簧测力计做 “ 验证力的平行四边形定则 ” 实验 (1)请将实验内容补充完整：
4、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，在另一端绑上两根系有细绳套的细线 B其中一根细线挂上 5 个质量相等的钩码 (每个钩码质量均为 50 g)，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录 _钩码的个数 (细线上的拉力 )_、结点的位置 O 和细线方向 【 精品教育资源文库 】 C将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉 B(可随时固定 )支开，在另一细线上挂上 弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中 、 可测定，当 cos cos 34时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤 B 中结点的位置 O 重合，此时弹簧测力计的示数应为 _1.5_N.(
5、当地重力加速度 g 10 m/s2) (2)本实验采用的科学方法是 _B_. 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 解析 (1)由实验原理可知本实验利用等效替代法来验证 “ 力的平行四边形定则 ” ，图甲中钩码的重力即合力大 小，细线方向即合力方向，所以应记录钩码的个数 (细线上的拉力 )、结点 O 的位置和细线方向，在用钩码和弹簧测力计一起拉橡皮筋时，一定要将橡皮筋与细线结点的位置与步骤 B 中结点的位置 O 重合，此时应记录钩码个数、弹簧测力计示数及对应的细线方向，分析图乙中结点的受力情况可得水平方向有 4mgcos Fcos ，代入数据得弹簧测力计的示数应为 F 3
6、mg 1.5 N. (2)由 (1)知是等效替代法 考点 2 实验数据处理 例 2(2017 全国卷 )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 的大小可由弹簧测力计读出弹簧测力计的示数如图乙所示， F 的大小为 _4.0_N. (2)撤去 (1)中的拉力，橡皮筋 P
7、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 F1 4.2 N 和 F2 5.6 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 ； F 合 的大小为 _4.0_N， F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为 _0.05_.若 F 合 与拉力 F 的大【 精品教育资源文库 】 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)弹簧测力计的分度值为
8、 0.2 N， F 的大小为 4.0 N. (2) 图见答案分别以 F1、 F2为邻边作平行四边形，并作出对角线，即得 F 合 表示F 合 的线段的长度为 20.0 mm， F 合 20.05 1 N 4.0 N F 合 与拉力 F 的夹角的正切值为 tan 21 2020 0.05. 答案 (2) F1、 F2和 F 合 如图所示 考点 3 实验创新方案 1将水平面内改为在竖直平面内做实验，拉橡皮筋改为悬挂重物，可避免橡皮筋弹性变化带来的误差 2弹簧测力计用力传感器取代，可避免摩擦的影响，使读数更方便、精确 例 3(2018 安徽合肥模拟 )一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等
9、物品，在家中验证力的平行四边形定则 (1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶 _静止 _时电子秤的示数F. (2)如图乙，将三细线 L1、 L2、 L3 的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A和水壶杯带上水平拉开细线 L1，在白纸上记下结点 O 的位置、 _三细线的方向 _和电子秤的示数 F1. (3)如图丙，将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平位置上，并将 L1拴在其上手握电子秤沿着 (2)中 L2的方向拉开细线 L2，使 _结点 O 的位置 _和三根细线的方向与 (2)中重合，记录电子秤的示数 F2. (4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F、 F1、 F2
10、的图示，根据平行四边形定则作出F1、 F2的合力 F 的图示，若 _F 和 F 在误差允许的范围内重合 _，则平行四边形定则得到【 精品教育资源文库 】 验证 解析 (1)要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤的示数 F. (2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点 O 的位置的同时也要记录三细线的方向以及电子秤的示数 F1. (3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点 O 的位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点 O 的位置和三根细线的方向与 (2)中重合，记录电子秤的示数 F2. (4)根据平行四边形定则作出 F1、
11、 F2的合力 F 的图示，若 F 和 F 在误差允许的范围内重合，则平行四边形定则得到验证 对应演练 迁移运用 1 (2017 上海黄浦模拟 )根据要求，完成 “ 验证力的平行四边形定则 ” 实验 (1)如图甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在 A 点，另一端 B 连接两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上 3 个钩码和 4 个钩码 (每个钩码重 1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点 B 位于 O 处，记下 _O 的位置_和两条细绳的方向，取下滑轮及钩码 (2)如图乙所示，取某单位长度表示 1 N，用力的图示作出两条细绳的拉力 F1和 F2；再用
12、一个弹簧测力计把结点 B 也拉至 O 处，记下弹簧测力计的读数 F _5.0_N，取下弹簧测力计 (3)在图丙中作出 F1和 F2的合力 F 及拉力 F 的图示 (4)对比 F 和 F 的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是 _见解析_.(填一个原因 ) 解析 (1)本实验中应记录结点 O 的位置 (2)读数为 5.0 N. (3)力的图示如图所示 【 精品教育资源文库 】 (4)产生误差的原因有测量存在误差、作图没有画准、滑轮与绳之间的摩擦力等 2 (2018 山西太原模拟 )在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验中，需要将橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳
13、， O 为橡皮筋与细绳的结点 (1)实验过程中，除记录弹簧测力计的读数和 O 点位置，还必须记录 _两根细绳的方向_.在坐标纸上画出了如图所示的两分力 F1和 F2，图中小正方形边长表示 1 N，则两力的合力 F _6_N. (2)为减小实验误差，下列措施正确的是 _BD_. A两条细绳的夹角必须很大 B弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平面平行 C拉橡皮筋的细绳要稍长一些，标记同 一条细绳的方向时两标记点要适当近一些 D应尽量避免弹簧测力计与木板间的摩擦 解析 (1)关于实验操作步骤：除记录弹簧测力计的读数和 O 点位置，还必须记录两根细绳的方向，作出平行四边形，然后量取对角线的长度，即得
14、F 6 N. (2)实验中，为减小实验误差，两条细绳的夹角稍大便于作平行四边形，但不一定 “ 必须很大 ” ，故选项 A 错误；弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平面平行，故选项 B 正确；拉橡皮筋的细绳要稍长一些，标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些，这样画出的拉力方向较为准确，故选项 C 错误；应尽量避免弹簧测 力计与木板间的摩擦，这样测出的拉力较准确，故选项 D 正确 3 (2018 吉林长春模拟 )某同学用如图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
