第二章 实验三 验证力的平行四边形定则-2023年高考物理一轮复习核心考点精梳细讲课件

第二章相互作用

实验三验证力的平行四边形定则

【目标要求】

L掌握实验原理、器材、步骤及注意事项.

2.理解教材基本实验的数据处理方法，并会进行误差分析.

3.理解创新和拓展实验原理并会处理数据，进行误差分析.

实验技能储备

1.实验原理

(1)等效法：一个力尸的作用效果和两个力尸1、&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就是这两个力尸1

和尸2的合力，作出力P的图示，如图1所示.

(2)平行四边形定则：根据平行四边形定则作

出力尸1和尸2的合力厂的图示.

(3)验证：比较尸和尸」的大小和方向，若在误

差允许的范围内相等，则验证了力的平行四

边形定则.

2.实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计（2只）、亥！|度尺

铅笔等.

3.实验步骤图钉一根橡皮筋

-

二o

二

二

二

二T

二

一

二

二

三T

三V

三

二

二6

二E

o

o

o

oo

结点

F2=3N

F1=4N

结论:

在误差范

围内用平

行四边形

定则画出

的合力与

•.、实际的合

、力相符

2.实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计(2只)、亥！|度尺

铅笔等.

3.实验步骤

⑴用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的主板_上,

如图2所示.

(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个绳套，互成角

度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一点

O.图2

⑶用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计

的读数尸1、尸2,利用刻度尺和三角板作平行四边形，画出对角线所代表

的力尸.

(4)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实验中

的相同位置。,记下弹簧测力计的读数尸和

细绳的方向，以同样的标度作出厂'的图示.

(5)比较尸和尸，观察它们在实验误差允许的

范围内是否相等.

4.数据处理

(1)用铅笔和刻度尺从结点。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尸1和尸2的图示，并以为和尸2为邻边作平行四边

形，过。点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力厂的图示.

(2)用刻度尺从。点按同样的标度沿记录的方向作出拉力尸'的图示.

⑶比较尸与P是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则.

5.注意事项

(1)弹簧相同：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，要设法调整指针，使之指在零刻度处，再将两个弹簧测力计

的挂钩钩在一起，向相反方向拉，两个示数相同方可使用.

(2)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时堂息的位置一定要相同.

(3)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60°〜120°之间为宜.

(4)尽量减少误差：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.

(5)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.

F

02

考点一教材原型实验

例1某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图3甲所示，其中

4为固定橡皮条的图钉，。为橡皮条与细绳的结点，和。。为细绳，图乙是

在白纸上根据实验结果画出的图.

(1)如果没有操作失误，图乙中的尸与P

两力中，方向一定沿力。方向的是

(2)本实验采用的科学方法是B.

A.理想实验法B.等效替代法甲

C.控制变量法D.建立物理模型法

注意：由一个弹簧测力计拉橡皮条至。点的拉力一定沿4。方向；而根据平行

四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿力。方向，

⑶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4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。，记录下。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丹和尸2的

图示，并用平行四边形定则求出合力尸；

E.只用一只弹簧测力计，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尸的图示；

F.比较尸'和厂的大小和方向，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C和序；

改正办法分别是C中应加上“记下两条细绳的方向”和

E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置0”.

例2（2018•天津卷9（2））某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，

所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N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，其中正确的有

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。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。、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所

示.其中对于提高实验精度最有利的是B.

3.0N[0.5N；0.5N；3.0N

一I。―io—ioio

尸产3.4N*F2=2.7N

F=4.5N

Fi=1.0N•Fi=2.1N同=2.7N

尸尸2.8N尸2=3.0N

/2=1.6N■

■■

尸=4.9NF=2.0Nb=4.5N

ABCD

解析为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细绳方向的

两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些，故选B.

n跟进训练

1.（2019•陕西渭南市质检）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，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳

套，如图4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，使橡皮条伸长，结点到达某一位置。.

（1）某同学在做实验时认为：

A.拉橡皮条的绳细些且长一些，实验效果较好

B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴

近木板且与木板平面平行

C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置。时，拉力要适当大些

D.拉力尸1和尸2的夹角越大越好

其中正确的是ABC.（填入正确选项前的字母）

⑵若某次测量中两个弹簧测力计的读数均为4N,且两弹簧测力计拉力的方

向相互垂直，则不能（选填"能"或"不能"）用一个量程为0〜5N的弹簧

测力计测出它们的合力，理由是他型12ml邂色I重堇

n固定点

一橡皮条

J绳套

2

2.（2017•全国卷HI・22）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，纵轴为歹轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在水

平桌面上，如图5（a）所示.将橡皮筋的一端。固定在y轴上的5点（位于图示

部分之外），另一端尸位于丁轴上的4点时，橡皮筋处于原长.

⑴用一只测力计将橡皮筋的尸端沿斓从4点拉至坐标原点。，此时拉力厂的大

小可由测力计读出.测力计的示数如图（b）所示，尸的大小为4.0N.

橡•尺二筋

…“a(

111111111lllllllllR1111III■■illitiiIIIIIIIII

/

/

/

=-

/

户2/

E-

(2)撤去⑴中的拉力，橡皮筋尸端回到4点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再

次将尸端拉至。点.此时观察到两个拉力分别沿图⑶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尸i=4.2N和F2=5.6N.

(i)用5mm长度的线段表示IN的力，以。为作用点，在图(a)中画出力尸1、F2

的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；

(ii)厂合的大小为4.0N,尸合与拉力厂的夹角的正切值为0.05.若尸合与拉力方

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

(a)(b)

考点二拓展创新实验

例3有同学利用如图6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，固定两个光滑的滑轮4和5,将绳子打一个结点。，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

拉力尸1、B和尸3，回答下列问题：

(1)改变钩码个数，实验能完成的是BCD

(填正确答案标号).IE一/21小歹1+/2

A.钩码的个数乂=抽=2,小=4

B.钩码的个数乂='=3,M=4

C.钩码的个数M=W2=N3=4

图6

D.钩码的个数M=3,M=4,\=5

(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是△_(填选项前字母)

A.标记结点。的位置，并记录0B、。。三段绳子的方向

B.量出CM、OB、0C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，你认为图示7中甲(填“甲”或“乙”)是正确的.

例4（八省联考・河北•"）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8甲所示.

甲

实验步骤如下:

（1）仪器调零.如图甲，将已测量好的劲度系数左为5.00N/m的弹簧悬挂在支架

上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线，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。点，固定指针.

(2)搭建的实验装置示意图如图乙.钩码

组加/=40g,钩码组以5=3。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。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O

a

得a=36.9。，P=53.1。，由图丙可读

A

出游标卡尺示数为2cm,由此计算

出弹簧拉力的增加量尸=0・489N.当地

mA

重力加速度g为9.80m/s2.

主尺游标尺