2022版高考物理一轮复习第2章相互作用实验3验证力的平行四边形定则教案

1、实验三验证力的平行四边形定则1实验目的(1)验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。(2)培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。2实验原理互成角度的两个力f1、f2与另外一个力f产生相同的效果，看f1、f2用平行四边形定则求出的合力f与f在实验误差允许范围内是否相同。3实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺。4实验步骤(1)钉白纸：用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。(2)定o点：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置o。如图甲所示。甲乙(3)求合力：用铅笔描下结点的位置o和两个细绳套的方向，并

2、记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力f。(4)测合力：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置o，记下弹簧测力计的读数f和细绳的方向，如图乙所示。(5)比较：比较f与用平行四边形定则求得的合力f，看它们在实验误差允许的范围内是否相同。5注意事项(1)使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要调整指针使其指在零刻度处。再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用。(2)实验中的两个细绳套不要太短。(3)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。(4)用两只弹簧测力计钩住绳套互成

3、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。(5)在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。(6)在同一实验中，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。6误差分析(1)弹簧测力计调零不准确以及橡皮条老化造成误差。(2)读数误差、作图误差及其他操作不当造成的误差。 教材原型实验1某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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

4、根据实验结果画出的图。甲乙(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个弹簧测力计的拉力f1和f2的图示，并用平行四边形定则求出合力

5、f；e只用一个弹簧测力计，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标号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。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，故本实验采用等效替代法，b正确。(3)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作步骤可知，有重要遗漏的步骤的标号是c、e。在c中未记下

6、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。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”2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)的纸贴在桌面上，如图(a)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的大小可由测力计读出。测力计的示数如图(b)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

7、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(a)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点为作用点，在图(a)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_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)由题给测力计示数可知，读数为4.0 n。(2)作图，f2长度为28 mm，f1长度为21 mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20 mm，大小代表4

8、.0 n，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是f合与拉力f的夹角的正切值。答案(1)4.0(2)()见解析()4.00.053请完成“验证力的平行四边形定则”实验的相关内容。(1)如图甲所示，在铺有白纸的水平木板上，橡皮条一端固定在a点，另一端拴两个细绳套。甲乙丙丁(2)如图乙所示，用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为o点，记下此时弹簧测力计的示数f1和f2及_。(3)如图丙所示，用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点拉到o点，记下此时弹簧测力计的示数f_n和细绳的方向。(4)如图丁所示，已按一定标度作出了f1、f2和f的图示

9、，请用作图法作出f1和f2的合力。(5)合力与f大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由f1引起，则原因是f1的大小比真实值偏_、f1与f2的夹角比真实夹角偏_。(均填“大”或“小”)解析(2)要记下两分力f1和f2的方向。(3)弹簧测力计的示数要估读一位，即f3.00 n。(4)由力的图示作出f1和f2的合力f，如图所示。(5)由图所示，将f1减小或减小f1与f2的夹角，合力f与f更接近重合，则原因是f1的大小比真实值偏大、f1与f2的夹角比真实夹角偏大。答案(2)两细绳的方向(3)3.00(4)见解析图(5)大大1实验操作牢记“一注意”和“两记录”：(1)注意两次结点o的位置必须相同。(2)

10、两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向和结点o的位置。(3)一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向。2数据分析要关注“三种误差原因”(1)用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样得到的两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小。(2)结点o的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差。(3)作图比例不恰当造成作图误差。 拓展创新实验实验器材创新一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。甲乙丙(1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶_时电子秤的示数f。(2)如图乙

11、，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和水壶带上。水平拉开细线l1，在白纸上记下结点o的位置、_和电子秤的示数f1。(3)如图丙，将另一颗墙钉b钉在与o同一水平线上，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_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的图示，根据平行四边形定则作出f1、f2的合力f的图示，若_，则平行四边形定则得到验证。解析(1)要测量装满水的水壶的重力，需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

12、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位置不能变化，力的方向也不能变化，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、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。答案(1)静止(2)三细线的方向(3)结点o的位置(4)f和f在误差允许的范围内重合创新点解读：本题创新点在于利用电子秤代替弹簧测力计，可以直接读出力的大小，将同一电子秤分别用于图(甲)、(乙)、(丙)三幅图中，可得出三根细线中拉力的大小，根据平行四边形

13、定则作图验证。实验目的创新如图所示，某实验小组的同学利用dis实验装置研究支架上力的分解。a、b为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负。a连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动。b固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆。将细绳连接在杆右端o点构成支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作：(g取10 m/s2)测量绳子与水平杆的夹角aob；对两个传感器进行调零；用另一根绳在o点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数；取下钩码，移动传感器a改变角。重复上述实验步骤，得到表格。f11.0010.5801.002f20.8680.2910.865306015

14、0(1)根据表格，a传感器对应的是表中力_(选填“f1”或“f2”)。钩码质量为_kg(保留一位有效数字)。(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是_。a因为事先忘记调零b何时调零对实验结果没有影响c为了消除横杆自身重力对结果的影响d可以完全消除实验的误差解析(1)a传感器中的力均为正值，故a传感器对应的是表中力f1，平衡时，mgf1 sin ，当30时，f11.001 n，可求得m0.05 kg。(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果的影响，故c正确。答案(1)f10.05(2)c创新点解读：本题的创新点在于利用力的平衡原理探究力的分解，保持重物重

15、力不变(即合力不变)，利用传感器探究两分力与角度变化的关系。实验原理创新(2021河北新高考适应性考试)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调)两个，钩码若干。支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可升降，如图1所示。图1图2图3实验步骤如下：(1)仪器调零。如图1，将已测量好的劲度系数k为5.00 n/m 的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码作为铅垂线，调节支架竖直。调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针，对齐挂钩上的o点，固定指针。(2)搭建的实验装置示意图如图2。钩码组ma

16、40 g，钩码组mb30 g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上o点重新对准指针。实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得36.9，53.1，由图3可读出游标卡尺示数为_ cm，由此计算出弹簧拉力的增加量f_ n。当地重力加速度g为9.80 m/s2。(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图框中做出，用平行四边形定则做出合力f。(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较f和f的大小和方向，得出结论。实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果_(填写“有”或“无”)影响。解析(2)游标卡尺精度为0.1 mm，读数为97 mm80.1 mm97.8 mm9.78 cm

17、则弹簧拉力的增量为fkx59.78102 n0.489 n。(3)根据题意可知oa绳产生的拉力为foamag401039.8 n0.392 n，ob绳产生的拉力为fobmbg301039.8 n0.294 n做出力的图示如图所示：(4)在求解合力的过程中，求解的是弹簧弹力的变化量，所以小钩码的重力对实验结果无影响。答案(2)9.780.489(3)见解析图(4)无创新点解读：本实验创新之处在于应用胡克定律，将教材实验中读数转化为弹簧拉力的增量和钩码重力，从而减小了读数带来的误差，同时两定滑轮也确定了两拉力方向的准确性。1.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，

18、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)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)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，你认为图中_是正确的。(选填“甲”或“乙”)甲乙解析(1)此实验中的分力与合力的大小关

19、系必须满足：|f1f2|f3f1f2，因此b、c、d选项是可以的。(2)a(3)实验中f3是竖直向下的，所以甲是正确的。答案(1)bcd(2)a(3)甲2.(2020福建宁德市质检)某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材“验证力的平行四边形定则”，设计的实验装置如图。固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心o的正上方a点，另一端系绳套1和绳套2。(1)实验步骤如下：弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达o点，记下弹簧测力计的示数f；弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点达到o点，此时绳套1沿0方向，绳套2沿120方向，弹

20、簧测力计的示数为f1；根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力f1_；比较_，即可初步验证力的平行四边形定则。(2)将绳套1由0方向缓慢转动到60方向，同时绳套2沿120方向不变，此过程中保持橡皮筋的结点在o点不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是_。a逐渐增大b先增大后减小c逐渐减小d先减小后增大解析(1)根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力f1ftan 30f；比较f1和f1的大小，即可初步验证力的平行四边形定则。(2)保持绳套2方向不变，绳套1从0方向向下缓慢转动60，此过程中保持橡皮筋的结点在o点不动，说明两个绳套拉力的合力不变，作图如下：由图可知，绳套1的拉力先减小后增大

21、，故a、b、c错误，d正确。答案(1)ff1与f1的大小(2)d3某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下实验器材验证平行四边形定则：刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板。实验方案如下：甲乙将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连，测出橡皮筋的原长；将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的a点，在橡皮筋的中点o用细绳系住重物，使重物自然下垂，如图甲所示；将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的b点，如图乙所示。(1)为完成本实验，下列还必须测量的物理量为_。(填选项前字母)a小重物的质量b细绳的长度c图甲中oa段橡皮筋的长度d图乙中oa和ob段橡皮筋的长度(2)在完成本

22、实验的过程中，必须注意的事项是_。(填选项前字母)a橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同b图乙中a、b两点必须等高c图乙中连接小重物的细绳必须在oa、ob夹角的角平分线上d记录图甲中o点的位置和oa的方向e记录图乙中o点的位置和oa、ob的方向(3)若钉子位置固定，利用现有器材改变实验效果，可采用的方法是_。解析(1)橡皮筋遵循胡克定律，要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到橡皮筋的伸长量，根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示。为了使两次实验效果相同，必须记下题图甲中oa段橡皮筋的长度、题图乙中oa和ob段橡皮筋的长度作参照，故选c、d。(2)橡皮筋连接的细绳要稍微长些，并非要求等长，a错误；题图乙中a、b两点不用必须等高，b错误；题图乙中连接小重物的