（江苏专版）2022年高考物理总复习 第8讲 实验二 力的平行四边形定则讲义

（江苏专版）2022年高考物理总复习 第8讲 实验二 力的平行四边形定则讲义考情剖析考查内容考纲要求考查年份考查详情能力要求实验、探究：力的平行四边形定则14年T11实验，以验证力的平行四边形定则为背景，探究拉伸过程对橡皮筋弹性的影响实验与探究弱项清单作图能力欠缺实验储备一、实验目的1会用弹簧秤和细线测出力的大小和方向2验证互成角度的两个共点力的合成，遵从平行四边形定则(或“探究合力与分力之间的关系”)二、实验原理如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮筋的结点上，与只用一个力F作用于橡皮筋的结点上，所产生的效果_(橡皮筋在相同方向上伸长相同的长度)，那么，F就是F1和F2的合力根据_定则作出两共点力F1和F2的合力F的图示，应与F的图示等大同向三、实验器材方木板一块；白纸；_；橡皮筋；细绳套(两个)；三角板；刻度尺；图钉若干；细芯铅笔四、实验步骤1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上2用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，把两条细绳套结在橡皮条的另一端3用两个弹簧秤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(如图所示)4用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.(或利用刻度尺和三角板作出F1和F2的图示)5只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F图示6比较F与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等(或把表示F1、F2、F的图示的箭头用虚线连接起来，观察分析F与F1、F2之间的关系，是否构成平行四边形)7改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F是否在实验误差允许的范围内相等(或观察分析每次F与F1、F2之间的关系，是否构成平行四边形)五、实验结论在实验允许的误差范围内F和F大小相等、方向相同六、数据处理改变两个分力的大小及角度，分别取三组数据，填入下表中.实验次数F1(N)F2(N)用平行四边形定则求出的合力F(N)用实验方法求出的合力F(N)F与AO连线的夹角(度)F与AO连线的夹角(度)123结论：在实验误差范围内，F与F可以认为是重合的，由此验证了求F1和F2的合力，应遵循平行四边形定则七、误差分析1实验中，如果直接以橡皮条的端点为结点，会使结点位置的确定造成误差所以，应在橡皮条一端挂一短绳，再连两细绳套，以三绳交点作为结点2用弹簧秤测量力的大小时，应注意以下几种影响误差的因素：(1)使用前是否在水平面内校零(2)细绳不与木板接触，但要通过弹簧的轴线，而且弹簧不要与外壳接触，所以细绳套要长一些，以便将弹簧秤拉到木板边缘以外，同时，用手托着秤身向外拉绳3为使读数的相对误差减小，拉力要适当地大一些，但要兼顾合力不要过大合力过大，一会超出橡皮条的弹性限度，二会超出弹簧秤的测量范围4在橡皮条伸长相同的情况下，为使两个测力计有较大的读数，两测力计的夹角不宜过小，但也不宜过大一般情况下，应在60120之间5记录细绳方向时，视线要与板面垂直可用细铅笔沿线轻点数个点，然后再用直尺连线八、注意事项1不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置2不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化3同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变4弹簧秤在使用前应将其水平放置，然后检查、校正零点，将两弹簧秤互相钩着水平拉伸选择两只读数完全一致的弹簧秤使用5施加拉力时要沿弹簧秤轴线方向，应尽量位于与纸面平行的同一平面内6使用弹簧秤时，拉力适当得大一些7画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画大一些，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力技能优化【典型例题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，结点达到某一位置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只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F； 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序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_【典型例题2】如图所示，某实验小组同学利用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为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：测量细绳与水平杆的夹角AOB；对两个传感器进行调零；用另一根细绳在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.F11.0010.5801.002F20.8680.2910.8653060150(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(结果保留一位有效数字，g10 m/s2)(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当堂检测1.(多选)如图所示在“验证力的平行四边形定则”实验中，橡皮筋一端固定于P点，另一端连接两个弹簧秤，分别用力F1与F2拉两个弹簧秤，使这端拉至O点，若要这端始终位于O点，但使力F2大小不变地沿顺时针转过某一小角度，相应地使F1的大小及图中角作以下的哪些变化是可能的()第1题图 A增大F1的同时增大角 B增大F1的同时保持角不变 C增大F1的同时减小角 D减小F1的同时减小角2某同学通过实验验证力的平行四边形定则，实验记录纸如图所示，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后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：F14.00 N、F24.60 N，F35.30 N.第2题图(1)请根据图中给出的标度作出F1和F2的合力F；(2)读出F_N；(3)理想情况下，F应该沿_方向3有同学利用如图所示的装置来探究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A和B，将绳子打一个结O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码的个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC，回答下列问题：(1)改变钩码的个数，能完成实验的是() A钩码个数N1N22，N34 B钩码个数N1N33，N24 C钩码个数N1N2N34 D钩码个数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，你认为下图中正确的是_(选填“甲”或“乙”) 甲乙第3题图 第8讲实验二：力的平行四边形定则实验储备二、相同平行四边形三、弹簧秤(两只)技能优化典型例题1(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”【解析】(1)由一个弹簧测力计计拉橡皮条至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序号是C、E.在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.典型例题2(1)F10.05(2)C【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，系统平衡时，在竖直方向上mgF1sin，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，目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确当堂检测1ABC【解析】以结点O为研究对象，结点O受OP的拉力F、F1、F2三个力的作用而处于平衡，由于OP的拉力F不变，因此F1、F2的合力始终不变且恒为F，作出F2沿顺时针方向转动某一小角度的矢量三角形，如图所示：第1题图2(1)见解析(2) 5.5 N6.0 N(3)OP3或F3【解析】第2题图3(1)BCD(2)A(3)甲【解析】(1)实验中的分力与合力的大小关系必须满足|FTOAFTOB|FTOCFTOAFTOB，因此选项B、C、D是可以完成实验的(3)实验中FTOC是竖直向下的，拉力FTOA和FTOB的合力F合由于误差不与FTOC等大反向，因此甲正确，乙错误