2024年高一物理寒假提升（人教版）第八天 实验：验证力的平行四边形定则（原卷版）

第八天实验：验证力的平行四边形定则1、验证力的平行四边形定则的原理和实验步骤；2、验证力的平行四边形定则的注意事项与误差分析；3、其他方法验证力的平行四边形定则。常考考点真题举例验证力的平行四边形定则的原理和实验步骤2023·全国·高考真题验证力的平行四边形定则的注意事项与误差分析2022·浙江·高考真题验证力的平行四边形定则的原理和实验步骤2019·浙江·高考真题验证力的平行四边形定则的原理和实验步骤2018·天津·高考真题验证力的平行四边形定则的注意事项与误差分析2014·江苏·高考真题知识点1：验证力的平行四边形定则【实验目的】弹簧测力计的使用。验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。【实验原理】等效替代。使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同，就是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以F′就是F1、F2的合力，做出F′的图示。再根据平行四边形定则做出F1、F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否相同。【实验仪器】方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)。【实验装置图】【实验步骤】1．在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上。2．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，细绳的另一端各系上细绳套。3．用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图所示。4．用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数。5．用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线，按一定的标度做出两个力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点的平行四边形的对角线即为合力F。6．只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从O点做出这个力F′的图示。7．比较F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等。8．改变F1和F2的大小和方向，再做两次实验。【实验数据的处理】1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳的方向画直线，按选定的标度做出这两个弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形．过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的F′的方向做出这个弹簧测力计的拉力F′的图示。3．比较F′和平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同，从而验证平行四边形定则。【实验误差】读数误差：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录。。做图误差：结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，作图比例不恰当、不准确等造成作图误差；两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再做后两次实验时，α变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大，导致作图产生较大误差。减少误差的措施：1、橡皮条的结点要小一些，细绳（套）要长一些。2、用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角应适当的大一些。3、在同一次实验中，橡皮条拉长后结点的位置必须保持不变。4、画力的图示时，应选定恰当的长度作为标度。应尽量将图画的大一些，但也不要画出纸外。【注意事项】1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计读数相同，则可选；若读数不同，应调整或另换，直至相同为止。2．被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。3．在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。4．在具体实验时，两分力间夹角不宜过大，也不宜过小，以60°～120°之间为宜。5．读数时应正视、平视刻度。6．使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它的测量范围。7．读数时视线要正视弹簧测力计的刻度板，同时读数时要注意估读到最小刻度的下一位。1．（2023·全国·统考高考真题）在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤：①用图钉将白纸固定在水平木板上。②将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力和的大小，并。（多选，填正确答案标号）A．用刻度尺量出橡皮条的长度B．用刻度尺量出两细线的长度C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向③撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到，由测力计的示数得到拉力的大小，沿细线标记此时的方向。④选择合适标度，由步骤②的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作和的合成图，得出合力的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力的图示。⑤比较和的，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。2．（2022·浙江·统考高考真题）（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示，长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和计时起点，则打计数点B时小车位移大小为cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度为m/s2（保留两位有效数字）。②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是。A．换成质量更小的小车

B．调整长木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码

D．改变连接小车的细绳与长木板的夹角（2）“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中，①下列说法正确的是；A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同

B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要（选填“2”、“3”或“4”）次把橡皮条结点拉到O点。3．（2019·浙江·高考真题）（1）在“探究求合力的方法”的实验中，下列操作正确的是()A．在使用弹簧秤时，使弹簧秤与木板平面平行B．每次拉伸橡皮筋时，只要使橡皮筋伸长量相同即可C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上D．描点确定拉力方向时，两点之间的距离应尽可能大一些（2）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车放在光滑水平板上，前段各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重物．小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图1所示．实验要求小盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力．请指出图2中错误之处：．调整好装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是x1和x2，则两车的加速度之比为．4．（2018·天津·高考真题）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点，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是．A．B．C．D．5．（2014·江苏·高考真题）小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如题图所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为：F1＝3.30N、F2＝3.85N和F3＝4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。实验装置如题图所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程，再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如题图所示，过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为。(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？（填写选项前的字母）A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。。1．（2023上·广东惠州·高一惠州一中校考阶段练习）某同学用电子秤、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。（1）如图（a），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（b），将三根细线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，在白纸上记下三根细线的方向和电子秤的示数F1。（3）如图（c），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，使和三根细线的方向均与（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的合力的图示，若，则平行四边形定则得到验证。2．（2023上·广东云浮·高一罗定中学校考阶段练习）甲、乙两实验小组分别利用传感器，弹簧测力计来探究力的合成规律，装置如图所示。

（1）甲、乙两实验小组的木板须在竖直平面内的是（选填“甲”或“乙”），实验中必须保持O点位置不变的是（选填“甲”或“乙”）。（2）甲实验中测得两传感器的拉力分别为、，钩码总重力为G，下列数据不能完成实验的是。A．B．C．D．（3）乙实验中保持O点的位置不变，初始时，现使角不变，β角缓慢增大至90°。则此过程中，有关两弹簧测力计示数、的变化，下列说法正确的是。A．减小、减小B．增大、增大C．减小、先减小后增大D．增大、先减小后增大3．（2023上·江苏扬州·高一校考期中）某同学用如图所示的装置验证“力的平行四边形定则”，其部分实验操作如下。（1）请完成下列相关内容：a.在竖直放置的木板上的白纸上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O，如图甲所示（木板未画出）。b.卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到，记录细绳套AO、BO的及两弹簧测力计的读数，如图乙。其中B弹簧读数为Nc.该同学在白纸上按标度画出两弹簧拉力FA、FB的力的图示，并用作图工具在白纸上作出FA、FB的合力F′。d.已知钩码的重力，在白纸上按同一标度作出钩码的重力F的图示。e.最后观察比较F和F'，得出结论。（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4．（2023上·广东深圳·高一校考阶段练习）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5.0N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）操作前，同学们提出了如下建议，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．同一次实验过程中结点O的位置不允许变动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）某次实验中，白纸上留下的标注信息有节点位置O、分力的大小及表示力的作用线的点，如图甲所示。请你在该图中，用1cm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，画出力F1、F2的图示，并通过作图法求出它们的合力F；（3）另外一次实验中，F1、F2表示两个互成角度的力，F表示用平行四边形作出的F1与F2的合力；表示用一个测力计拉橡皮筋时的力，则图乙中符合实验事实的是；（4）在研究共点力的合成时，使弹簧秤b按图丙所示位置开始顺时针方向缓慢转动90°角，在这个过程中保持O点位置不动，弹簧秤a的拉伸方向不变，则整个过程中两个弹簧秤的读数变化是()A．弹簧秤a的读数一直减小B．弹簧秤a的读数先减小后增大C．弹簧秤b的读数一直减小D．弹簧秤b的读数先减小后增大5．（2022上·四川绵阳·高一统考期末）在“验证力的平行四边形定则”实验中：（1）供选用的器材如下，其中不需要的器材是（选填序号）。A．方木板

B．图钉（若干只）

C．天平

D．橡皮条

E．白纸F．刻度尺

G．测力计（两只）

H．铅笔

I．细线（两条）（2）某同学根据实验数据画出力的图示，如图所示，图上标出的、、F、四个力中，不是由弹簧秤直接测得的是；若F与的大小和方向在实验误差范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。（3）对实验操作，下列要求合理的是（选填序号）。A．两细绳必须等长B．测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行C．用两弹簧秤同时拉细绳时，要保证两条细绳相互垂直D．用两弹簧秤同时拉细绳时，要保证两个拉力大小必须相等6．（2022上·安徽合肥·高一合肥一中校考阶段练习）“研究共点力的合成”实验如图1，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋拉伸后与细绳的结点，OB和OC为细绳，细绳OB对O点的拉力大小记为，细绳OC对O点的拉力大小记为。完成下列问题：（橡皮筋始终在弹性限度内）

（1）实验中需注意的事项有；（填选项前的字母）A．两次拉橡皮条只需橡皮条伸长相同长度即可B．两个分力、间夹角必须为C．用弹簧秤拉细绳套时，拉力要适当大些但不要超过弹簧秤量程D．拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板，且与木板平面平行（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．类比法（3）若某次实验记录纸如图，两弹簧测力计共同作用时，拉力和的方向分别过B点和Ｃ点，大小分别为：、。请根据图中给出的标度作出和的合力（标明力的大小）。7．（2023上·重庆江北·高一重庆十八中校考期中）（1）在某次“研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系”的实验时，得到如图甲所示的F-L图像，由图像可求得弹簧的劲度系数k=N/cm。（2）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验如图乙所示，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。图丙是在白纸上根据实验结果画出的图。①关于本实验，下列说法中正确的是。A．本实验采用的科学方法是等效替代法B．使用弹簧测力计时，施力方向应沿着弹簧测力计的轴线，读数时视线应正对弹簧测力计刻度C．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°②如果没有操作失误，图丙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是。（填“F”或“F′”）8．（2023下·江西宜春·高一江西省宜丰中学校考期末）小孟同学做“探究求合力的方法”实验。

（1）下列有关该实验的说法中，正确的是；A．用两把弹簧秤和用一把弹簧秤拉时应将橡皮筋结点拉至同一位置B．两分力的夹角越大越好C．弹簧秤拉伸时应保持和木板平行D．本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系（2）物理学中有很多物理方法，本实验采用的是；A．类比实验法

B．等效替代法

C．控制变量法

D．极限法（3）如图乙所示的四个力中，力（填图中字母）是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的。9．（2023下·安徽滁州·高一校联考阶段练习）某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”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与OC为细绳。

（1）若某次弹簧测力计的读数如图丁所示，则读数为N；（2）利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O以及两只弹簧秤拉力的大小和方向，如图戊所示，图中每一小格长度均代表0.8N，则FOC与FOB的合力大小为N，请在图戊中作出完整的力的平行四边形；（3）该同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣。于是他将一弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连（如图乙），当对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像（如图丙）。则该弹簧的劲度系数k=N/m。10．（2023上·山东威海·高一统考期末）某小组在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，实验步骤如下：a．将橡皮条的一端连接轻质小圆环，另一端固定在方木板上；b．用两个弹簧测力计通过细绳共同拉动小圆环，记录弹簧测力计的示数和，两细绳的方向及小圆环的位置O；c．撤去和，用一个弹簧测力计通过细绳单独拉小圆环，仍使它处于O点，记录弹簧测力计的示数F，细绳的方向；d．做出、和F的图示并探究三者的关系。请回答以下问题：（1）实验中采用的科学方法为；A．控制变量法

B．等效替代法

C．理想实验法

D．极限法（2）某次测量弹簧测力计的示数如图所示，则示数为N；

（3）下列操作有助于减小实验误差的是；A．读数时，眼睛要正对弹簧测力计的刻度B．尽量保证和的夹角为C．和的方向必须与方木板平行D．两根细绳要等长11．（2023上·广东广州·高一统考期末）同学们利用如图所示的实验器材验证力的平行四边形定则。在圆形水平桌面上平铺固定一张白纸，在桌子边缘安装三个不计摩擦的滑轮，其中滑轮P1固定在桌边，滑轮P2、P3可沿桌边移动。将三根绳子系在同一点O，每根绳子的另一端各挂一定数量的砝码（每个砝码的质量均为m），当系统达到平衡