（江蘇專用）2020版高考物理新增分大一輪復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實(shí)驗二 力的平行四邊形定則講義（含解析）.docx

實(shí)驗二力的平行四邊形定則1實(shí)驗?zāi)康尿炞C互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則2實(shí)驗原理等效法：使一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果相同，都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到某點(diǎn)，所以這個力F就是那兩個力F1和F2的合力作出力F的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F的大小和方向是否相同3實(shí)驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(若干個)、細(xì)芯鉛筆、橡皮條、細(xì)繩套(兩個)4實(shí)驗步驟(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上(2)用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套圖1(3)用兩個彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長到某一位置O，如圖1甲所示，記錄彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時的兩細(xì)繩套的方向(4)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩套方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺、三角板作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示(5)只用一個彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)F和細(xì)繩套的方向，用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出這個彈簧測力計的拉力F的圖示(6)比較力F與用平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同(7)改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗兩次5注意事項(1)不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些，以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置(2)在同一次實(shí)驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點(diǎn)O的位置一定要相同(3)不要用老化的橡皮條，檢查方法是用一個彈簧測力計拉橡皮條，要反復(fù)做幾次，使橡皮條拉到相同的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變化(4)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個點(diǎn)，取掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連直線確定力的方向(5)在同一次實(shí)驗中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些6誤差分析(1)彈簧測力計本身不夠準(zhǔn)確造成的誤差，為此要選擇比較準(zhǔn)確的彈簧測力計(2)彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差，需要多做幾次實(shí)驗，并且使兩分力F1、F2的夾角適當(dāng)大些自測1本實(shí)驗采用的科學(xué)方法是()A理想實(shí)驗法B等效替代法C控制變量法D建立物理模型法答案B自測2某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗情況如圖2甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗結(jié)果畫出的圖圖2如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_答案F命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗例1(2018金陵中學(xué)等三校四模)“驗證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗如圖3甲所示圖3(1)某同學(xué)實(shí)驗操作步驟如下：如圖甲所示把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，用兩條細(xì)繩連在橡皮條的另一端，通過細(xì)繩用兩個彈簧測力計互成角度拉橡皮條，橡皮條伸長，使結(jié)點(diǎn)伸長到O點(diǎn)，用鉛筆記下O點(diǎn)的位置，并記下兩個測力計的讀數(shù)在紙上按比例作出兩個力FOB、FOC的圖示，用平行四邊形定則求出合力F.只用一個測力計，通過細(xì)繩把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O點(diǎn)，記下測力計的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，按同樣比例作出這個力F的圖示(如圖乙)，比較F與用平行四邊形定則求得的合力F.改變FOB和FOC的夾角和大小，重復(fù)上述過程上述實(shí)驗過程中有重要遺漏的步驟是_(填步驟序號)；圖乙中，力_的圖線與AO延長線重合(選填F或F)(2)某同學(xué)認(rèn)為在實(shí)驗過程中必須注意以下幾項，你認(rèn)為正確的有_A拉橡皮條的細(xì)繩套適當(dāng)細(xì)一些且長一些B實(shí)驗中把橡皮條節(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時，兩彈簧測力計之間的夾角為90不變，可便于計算合力C拉橡皮條時，橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計應(yīng)貼近且平行于木板D兩根細(xì)繩必須等長，且橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的角平分線在同一直線上(3)如圖丙，某次測量FOB、FOC大小、方向?qū)嶒炦^程中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OC讀數(shù)幾乎滿量程，而FOB讀數(shù)不到量程一半(兩彈簧測力計相同)，需要作適當(dāng)調(diào)整，下列做法正確的是_A保持結(jié)點(diǎn)O位置不變、OB方向不變，OC逆時針轉(zhuǎn)過一定的角度B保持結(jié)點(diǎn)O位置不變，OB、OC逆時針轉(zhuǎn)過適當(dāng)?shù)慕嵌菴適當(dāng)調(diào)整結(jié)點(diǎn)O遠(yuǎn)離A，OB順時針方向、OC逆時針各轉(zhuǎn)過適當(dāng)角度D適當(dāng)調(diào)整結(jié)點(diǎn)O靠近A，OB方向可不變，OC逆時針轉(zhuǎn)過一個角度答案(1)F(2)AC(3)D解析(1)本實(shí)驗為了驗證力的平行四邊形定則，采用的方法是作力的圖示法，作出合力的理論值和實(shí)際值，然后進(jìn)行比較，得出結(jié)果所以，實(shí)驗時，除記錄彈簧測力計的示數(shù)外，還要記下兩條細(xì)繩的方向，以便確定兩個拉力的方向，這樣才能作出拉力的圖示步驟中未記下兩條細(xì)繩的方向；題圖乙力F是用一根彈簧測力計拉橡皮條得到的，所以應(yīng)該是F與AO延長線重合(2)拉橡皮條的細(xì)繩套適當(dāng)?shù)募?xì)一些且長一些，有利于實(shí)驗的操作，因此A正確兩細(xì)繩套的方向不一定要成90夾角，故B錯誤. 彈簧測力計測量拉力時，測力計應(yīng)與木板平面平行，且細(xì)繩與彈簧伸長的方向平行，故C正確兩根細(xì)繩不一定要等長，且橡皮條不一定要與兩繩夾角的角平分線在同一直線上，故D錯誤(3)若O的位置不變，則合力不變，OB方向不變，則OC的大小方向均不變，故A錯誤若O的位置不變，則合力不變，OC逆時針旋轉(zhuǎn)，則OB須順時針旋轉(zhuǎn)，所以B錯誤若適當(dāng)調(diào)整結(jié)點(diǎn)O遠(yuǎn)離A，則合力變大，OB順時針方向、OC逆時針各轉(zhuǎn)過適當(dāng)角度的話，OC會超出量程，故C錯誤若適當(dāng)調(diào)整結(jié)點(diǎn)O靠近A，則合力減小，若OB方向不變，逆時針旋轉(zhuǎn)OC，可增大OB的讀數(shù)，故D正確變式1(2018錫山中學(xué)月考)在“力的合成的平行四邊形定則”實(shí)驗中，某同學(xué)將橡皮筋的一端固定于P點(diǎn)，用一只彈簧測力計將橡皮筋的另一端拉到O點(diǎn)，記下拉力F合的大小和方向圖4(1)改用兩只彈簧測力計拉伸橡皮筋，記下兩個分力，如圖4甲所示請指出圖中兩處操作錯誤_；_.(2)糾正錯誤后，記下兩分力F1、F2的大小和方向，如圖乙所示，用力的圖示法在紙上畫出表示三個力的箭頭，以表示F1和F2的線段為鄰邊作平行四邊形，由圖可得，F(xiàn)1和F2的合力F_N.(3)在圖乙中，表示F合的線段不在平行四邊形的對角線上，上述實(shí)驗誤差產(chǎn)生的原因可能有哪些？_.答案(1)橡皮筋的端點(diǎn)沒有再次回到O點(diǎn)拴在橡皮筋上的細(xì)繩套太短(2)4.5(3)上述實(shí)驗誤差產(chǎn)生的原因可能有力的測量有誤差；作圖不準(zhǔn)確；力的方向記錄不準(zhǔn)確等解析(1)兩處錯誤是：橡皮筋的端點(diǎn)沒有再次回到O點(diǎn)；拴在橡皮筋上的細(xì)繩套太短；(2)由題圖乙可得，F(xiàn)1和F2的合力F4.5 N；(3)誤差原因：力的測量有誤差；作圖不準(zhǔn)確；力的方向記錄不準(zhǔn)確等命題點(diǎn)二實(shí)驗拓展與創(chuàng)新1對實(shí)驗原理的理解、實(shí)驗方法的遷移2實(shí)驗器材的改進(jìn)(1)橡皮筋彈簧測力計(2)鉤碼彈簧測力計例2(2018徐州市期中)某同學(xué)為了“驗證力的平行四邊形定則”，準(zhǔn)備了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩套、白紙、釘子等器材操作步驟如下：a把三根橡皮筋的一端系在一起，另一端分別系一個細(xì)繩套；b將白紙固定在木板上，在木板上釘兩個釘子，將任意兩個橡皮筋上的繩套分別套在兩釘子上；c立起木板，將重物掛在剩下的一個繩套上，如圖5甲所示；d記錄下三根橡皮筋的長度和橡皮筋結(jié)點(diǎn)的位置O及每個橡皮筋的方向；e取下白紙，利用橡皮筋的伸長量作為拉力大小，畫出受力圖，驗證力的平行四邊形定則；f換用不同的重物重復(fù)實(shí)驗圖5(1)此實(shí)驗還需_：A測量重物的質(zhì)量B記錄下兩個釘子的位置C測量橡皮筋的原長(2)某次實(shí)驗，測得三根橡皮筋的伸長量及方向把橡皮筋的伸長量作為拉力大小，作出力的圖示，如圖乙所示，請任選兩個力，根據(jù)平行四邊形定則作出合力；(3)在(2)問作出的圖中，根據(jù)_可以說明力的合成滿足平行四邊形定則(4)如果換用不同的重物再次重復(fù)該實(shí)驗，_(填“需要”或“不需要”)改變釘子的位置，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)回到原來的O點(diǎn)答案(1)C(2)見解析圖(3)由平行四邊形作出的對角線與第三條橡皮筋的伸長量大小基本相等，方向差不多都在豎直方向上(4)不需要解析(1)實(shí)驗通過作出三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力不需要知道，故不選A；在題述步驟中已經(jīng)記錄了每條橡皮筋的方向，不需要記錄兩個釘子的位置，故不選B；本實(shí)驗以彈簧的伸長量來作平行四邊形，步驟d中測量了橡皮筋懸掛重物后的長度，要計算伸長量，需要測量橡皮筋的原長，故選C.(2)如圖，以其中兩個橡皮筋的伸長量為鄰邊作平行四邊形，平行四邊形的對角線為合力的理論值；(3)由平行四邊形作出的對角線與第三條橡皮筋的伸長量大小基本相等，方向差不多都在豎直方向上即驗證了力的合成滿足平行四邊形定則(4)因為該實(shí)驗是利用橡皮筋的伸長量作為拉力大小，畫出受力圖，驗證力的平行四邊形定則，若換用不同的重物重復(fù)該實(shí)驗，不需要使橡皮筋結(jié)點(diǎn)回到原來的O點(diǎn)變式2(2018興化市第一中學(xué)期初)有同學(xué)利用如圖6所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結(jié)點(diǎn)O，每個鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2、和F3，回答下列問題圖6(1)改變鉤碼個數(shù)，實(shí)驗?zāi)芡瓿傻氖莀A鉤碼的個數(shù)N1N22，N34B鉤碼的個數(shù)N1N33，N24C鉤碼的個數(shù)N1N2N34D鉤碼的個數(shù)N13，N24，N35(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是_A標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向B量出OA、OB、OC三段繩子的長度C用量角器量出三段繩子之間的夾角D用天平測出鉤碼的質(zhì)量(3)在作圖時，你認(rèn)為圖7中_(選填“甲”或“乙”)是正確的圖7答案(1)BCD(2)A(3)甲解析(1)三個力平衡的條件為：任意兩力大小之和大于等于第三個力，任意兩力大小之差小于等于第三個力，所以題中四個選項都能平衡，但由于實(shí)驗裝置中的三個力不能共線，故A錯誤(2)為驗證力的平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點(diǎn)，即標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此要記錄砝碼的個數(shù)和OA、OB、OC三段繩子的方向，故A正確，B、C、D錯誤(3)以O(shè)點(diǎn)為研究對象，F(xiàn)3的實(shí)際作用效果在OC這條線上，由于誤差的存在，F(xiàn)1、F2的理論值要與實(shí)際值有一定偏差，故題圖甲符合實(shí)際，題圖乙不符合實(shí)際.1(2019響水中學(xué)一模)在“探究求合力的方法”實(shí)驗中，某同學(xué)用兩只彈簧秤將橡皮筋的端點(diǎn)拉到點(diǎn)O，作出這兩個力F1、F2的圖示(圖8甲)，然后用一只彈簧秤將橡皮筋的端點(diǎn)仍然拉到O，彈簧秤示數(shù)F如圖乙所示圖8(1)彈簧秤的示數(shù)F_N；(2)請幫他在圖甲中畫出力F的圖示(圖中a為記錄F方向時所記錄的一點(diǎn))；(3)該同學(xué)用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來他觀察圖形后受到了啟發(fā)你認(rèn)為他緊接著應(yīng)進(jìn)行的兩個實(shí)驗步驟是_A整理實(shí)驗器材B提出求合力方法的猜想C改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實(shí)驗D與同學(xué)交流討論實(shí)驗結(jié)果，得出結(jié)論答案(1)2.8(2)見解析圖(3)BC解析(1)彈簧秤的最小刻度為0.2N，可知彈簧秤的示數(shù)F2.8N.(2)根據(jù)圖示法作出F的圖示，如圖所示(3)用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連起來觀察圖形后受到了啟發(fā)提出求合力方法的猜想，然后改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實(shí)驗，故B、C正確2(2018鹽城市期中)某實(shí)驗小組為“驗證力的平行四邊形定則”，設(shè)計了如下三個實(shí)驗方案：方案一：實(shí)驗裝置如圖9甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，OA為橡皮條，OB和OC為細(xì)繩用兩只彈簧測力計分別拉OB和OC將橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，再用一只彈簧測力計拉細(xì)繩將結(jié)點(diǎn)拉到與O點(diǎn)_(選填“重合”或“不重合”)方案二：實(shí)驗裝置如圖乙所示，彈簧測力計A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和三根細(xì)線的方向彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_N.方案三：實(shí)驗裝置如圖丙所示，在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結(jié)點(diǎn)O，每個鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，要記錄的是：結(jié)點(diǎn)O的位置、三段繩子的方向和_圖9答案重合3.6各條繩上所掛鉤碼的個數(shù)解析方案一：該實(shí)驗采用“等效替代”法，同一次實(shí)驗中要求兩次拉橡皮條要到同一位置，即要求橡皮條形變的大小相同，故用一只彈簧測力計拉細(xì)繩與用兩只彈簧測力計拉細(xì)繩結(jié)點(diǎn)O的位置會重合；方案二：彈簧測力計讀數(shù)，每1 N被分成5格，則1格就等于0.2 N則題圖中A的示數(shù)為3.6 N；方案三：為驗證力的平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點(diǎn)，即標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此還要記錄OA、OB、OC三段繩子的方向和各條繩上所掛鉤碼的個數(shù)3某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實(shí)驗，將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上，如圖10(a)所示將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時，橡皮筋處于原長(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時拉力F的大小可由測力計讀出測力計的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為_N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)此時觀察到兩個拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F14.2N和F25.6N.用5mm長度的線段表示1N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；圖10F合的大小為_N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗驗證了力的平行四邊形定則答案(1)4.0(2)見解析圖4.00.05解析(1)由題圖(b)可知，F(xiàn)的大小為4.0N(2)畫出力F1、F2的圖示，如圖所示用刻度尺量出F合的線段長約為20mm，所以F合大小為4.0N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為tan0.05.4一同學(xué)用電子秤、水壺、細(xì)線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中“驗證力的平行四邊形定則”圖11(1)如圖11甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺_時電子秤的示數(shù)F；(2)如圖乙，將三根細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上水平拉開細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置、_和電子秤的示數(shù)F1；(3)如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上手握電子秤沿著圖乙中L2的方向拉開細(xì)線L2，使_和三根細(xì)線的方向與圖乙中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2；(4)在白紙上按一定標(biāo)度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示，若_，則平行四邊形定則得到驗證答案(1)靜止(或穩(wěn)定、平衡、不動)(2)三根細(xì)線的方向(3)結(jié)點(diǎn)O的位置(4)F與F的圖示在誤差范圍內(nèi)重合解析(1)要測量裝滿水的水壺的重力，當(dāng)水壺處于平衡狀態(tài)時電子秤的拉力等于水壺的重力，故需記下水壺靜止時電子秤的示數(shù)F.(2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置的同時也要記錄三根細(xì)線的方向以及電子秤的示數(shù)F1.(3)已經(jīng)記錄了一個分力的大小，還要記錄另一個分力的大小，則結(jié)點(diǎn)O位置不能變化，力的方向也都不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點(diǎn)O的位置和三根細(xì)線的方向與題圖乙中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2.(4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示，若F和F在誤差允許范圍內(nèi)重合，則驗證了平行四邊形定則