物體間的相互作用第二章

實驗三驗證力的平行四邊形定則(本實驗對應系統(tǒng)用書P41)欄目導航01知識

梳理查漏02題點

各個擊破03配套訓練知識梳理查漏1一、實驗目標1.驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則.2.培養(yǎng)應用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力.二、實驗原理互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F'產(chǎn)生相同的效果，觀察F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F'在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等.三、實驗器材木板1塊、白紙、圖釘若干、橡皮條1段、細繩套2個、彈簧測力計2個、三角板、刻度尺、鉛筆等.四、實驗步驟1.儀器安裝(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的木板上.(2)用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，如圖甲所示，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.2.測量與記錄(1)用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點伸長到某一位置O.記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向.(2)只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O.記下彈簧測力計的讀數(shù)F'和細繩套的方向.(3)改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向，再重做兩次實驗.3.數(shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺從力的作用點(位置O)沿著兩繩套的方向畫直線，按選定的標度作這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，即為合力F的圖示.(2)用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟中彈簧測力計的拉力F'的圖示.(3)比較F與F'是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則.五、注意事項1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，讀數(shù)相同.2.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O位置一定要相同.3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°~100°為宜.4.實驗時彈簧測力計應與木板平行，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度.在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些.5.細繩套應適當長一些，便于確定力的方向.不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向.6.在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些.六、誤差分析1.用描點法記錄的拉力方向不夠準確.2.所作平行四邊形的對邊不嚴格平行.3.拉橡皮條時，沒有做到橡皮條及兩細繩套平行于木板，使在紙下的拉力方向并不是拉力的真實方向.4.沒有校準彈簧測力計的零點，兩只彈簧測力計的刻度不準確.5.彈簧的拉桿與限位孔有摩擦，使彈簧測力計讀數(shù)不能真實地表示拉力的大小.題點各個擊破2命題點一教材標準實驗變形

例1

(2023年全國乙卷)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中使用的器材有：木板、白紙、兩個標準彈簧測力計、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細線和圖釘若干.完成下列實驗步驟：(1)用圖釘將白紙固定在水平木板上.(2)將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上.將兩細線也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測力計.用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當?shù)牧瓌觾蓚€測力計，小圓環(huán)停止時由兩個測力計的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________.(多選)

A.用刻度尺量出橡皮條的長度B.用刻度尺量出兩細線的長度C.用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置D.用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向CD

(3)撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到_________________________________，由測力計的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細線標記此時F的方向.

(4)選擇合適標度，由步驟(2)的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F'的大小和方向；按同一標度在白紙上畫出力F的圖示.(5)比較F'和F的_____________，從而判斷本次實驗是否驗證了力的平行四邊形定則.

步驟(2)中白紙上標記出的小圓環(huán)位置大小和方向【解析】(2)根據(jù)驗證力的平行四邊形定則實驗操作，可知需要用鉛筆在白紙上標記出小圓環(huán)的位置，用鉛筆在白紙上標記出兩細線的方向，C、D正確.(3)撤掉一個測力計，用另一個測力計把小圓環(huán)拉到白紙上標記出的小圓環(huán)位置.(5)比較F'和F的大小和方向.1.“驗證力的平行四邊形定則”的實驗裝置如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖.(1)本實驗采用的科學方法是______.

A.理想實驗法 B.等效替代法C.控制變量法 D.建立物理模型法B

(2)做該實驗時，其中不正確的是________(填入相應的字母).

A.拉橡皮條的細繩長一些，實驗效果較好B.拉橡皮條時，彈簧測力計、橡皮條、細繩應貼近木板且與木板平面平行C.橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置O時，拉力要適當大些，且拉力F1和F2的夾角越大越好D.在實驗中O點位置不能變E.細繩可以用彈性繩代替(3)圖乙中的F與F'兩力中，方向一定沿AO方向的是______.

C

F'命題點二實驗創(chuàng)新遷移創(chuàng)新角度1實驗器材的變式例2

(2023年烏魯木齊二模)如圖甲所示，某實驗小組用如下器材驗證力的合成遵循平行四邊形定則.先將傳感器A固定，把拴著重物C的橡皮筋掛在傳感器A上，穩(wěn)定后，記錄傳感器A的示數(shù)FA＝3.00N，并測出此時橡皮筋的長度為l1＝20.00cm.再用一輕繩連接重物C與傳感器B，水平向右拉動傳感器B，如圖乙所示，穩(wěn)定后，分別記錄兩傳感器A、B的示數(shù)F'A＝5.00N、FB＝4.10N，并測出此時橡皮筋的長度為l2＝24.00cm.(1)請在圖丙中用力的圖示法作出FA、FB的合力F合，通過對比F合與F'A的大小和方向得出力的合成遵循平行四邊形定則.(2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)求出該橡皮筋的勁度系數(shù)k＝________N/cm，橡皮筋的原長l0＝________cm.

如圖0.5

14.00【解析】(1)根據(jù)題意可知物體的重力為G＝3.00

N，根據(jù)力的圖示法作出合力如圖.(2)開始時，根據(jù)胡克定律G＝k(l1－l0)，代入數(shù)據(jù)有3.00＝k(20.00－l0)，連接傳感器B后，有F'A＝k(l2－l0)，代入數(shù)據(jù)有5.00＝k(24.00－l0)，聯(lián)立解得l0＝14.00

cm，k＝0.5

N/cm.1.某實驗小組用一個彈簧測力計和一個量角器等器材驗證力的平行四邊形定則，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處，另一端系繩套1和繩套2，主要實驗步驟如下：(1)彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達O點處，記下彈簧測力計的示數(shù)F.(2)彈簧測力計掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達O處，此時繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，記下彈簧測力計的示數(shù)F'.(3)根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1的拉力為__________.

(4)比較__________即可初步驗證.

(5)只改變繩套2的方向，重復上述實驗步驟.

(6)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動到60°方向，同時將繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動到180°方向，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點在O處不動，保持繩套1和繩套2的夾角為120