第五讲验证平行四边形定则（解析版）_4.2025物理总复习_2023年新高复习资料_一轮复习_2023年高三物理一轮复习精讲精练278111462_第二章相互作用

第五讲 验证平行四边形定则  知识梳理 一、实验原理 1.等效法：一个力F′的作用效果和两个力F 、F 的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一 1 2 点，所以一个力F′就是这两个力F 和F 的合力，作出力F′的图示，如图所示． 1 2 2.平行四边形定则：根据平行四边形定则作出力F 和F 的合力F的图示． 1 2 3.验证：比较F和F′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． 二、实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计(2只)、三角板、刻度尺等． 三、实验步骤 1.用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上，如图所示． 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. 3.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F 、F ，利用刻度尺和三角板 1 2 作平行四边形，画出对角线所代表的力F. 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 O ，记下弹簧测力计的 读数F′和细绳的方向，以同样的标度作出F′的图示． 5.比较F和F′，观察它们在实验误差允许的范围内是否相等． 四、数据处理 1.用铅笔和刻度尺从结点O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 F 和F 的 1 2 图示，并以F 和F 为邻边作平行四边形，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． 1 2 2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出拉力F′的图示． 3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．五、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，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同． 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．  知识训练 考点一、教材原型实验 例1、在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。 实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一 个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。 (1)下列对实验操作的说法，正确的是________。 A．用两个弹簧测力计把结点拉到O点之后，为防止结点变动，应用图钉把结点固定在O点 B．在同一组实验中，用两个弹簧测力计拉橡皮条和用一个弹簧测力计拉橡皮条时结点位置相同 C．为使实验结果更具有说服力，应多做几组，且每组实验两细绳套的夹角不能变 D．为使实验结果更精确，两弹簧测力计的规格必须一样 (2)某同学根据实验在纸上画出了如图所示的力的图示(F与AO共线)，其中________是F 和F 的理论合 1 2 力，________是F 和F 的实际合力。 1 2 【答案】(1)B (2)F′ F 【解析】(1)根据合力与分力是等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同，只要在白纸上记 录下第一次结点所在位置O，第二次拉至同一位置即可，不需要用图钉固定，故A错误，B正确；为使实 验结果更具说服力，应多做几组，每组实验两细绳套的夹角可以改变，故 C错误；两弹簧测力计的规格不 需要一样，故D错误。(2)本实验采用了“等效法”，F 与F 的实际合力为一个弹簧测力计拉绳套时的弹簧测力计的弹力，而理论 1 2 合力是通过平行四边形定则得到的力，所以F′是F 和F 的理论合力，F是F 和F 的实际合力。 1 2 1 2 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5 N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，如图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________． 【答案】(1)BC (2)B 【解析】(1)两绳套拉力的合力不一定沿角平分线，选项A错误； 同一次实验，用一绳套拉橡皮条和用两绳套拉橡皮条结点 O的位置相同，不同次实验结点O的位置可以不 同，选项B正确； 为了减小摩擦和误差，施力方向应沿测力计轴线，读数时视线应正对测力计刻度，选项C正确； 合力可以比分力大，也可以比分力小，选项D错误． (2)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. 课堂随练训练1、(2022·湖南高考模拟)以下是某实验小组探究“二力合成规律”的过程。 (1)首先进行如下操作： ①如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE； ②如图乙，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力F 、F 的共同作用下，位于O点，橡 1 2 皮条伸长的长度为EO； ③撤去F、F，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使其位于O点，如图丙。 1 2 同学们发现，力F单独作用，与F 、F 共同作用的效果是一样的，都使小圆环保持静止，由于两次橡皮条 1 2 伸长的长度相同，即___________________，所以F等于F、F 的合力。 1 2 (2)然后实验小组探究了合力F与分力F、F 的关系： 1 2 ①由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F、F 和F(三个力的方向沿各自拉线的方向，三个力大小由弹 1 2 簧测力计读出)； ② 用 虚 线 将 拉 力 F 的 箭 头 端 分 别 与 F 、 F 的 箭 头 端 连 接 ， 如 图 丁 ， 得 到 的 启 示 是 1 2 ________________________； ③多次改变拉力F 、F 的大小和方向，重做上述实验，通过画各力的图示，进一步检验所围成的图形。实 1 2 验小组发现：在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角 线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作__________； ④上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F将圆环拉到O点，再用拉力F 和F 共 1 2 同拉圆环产生相同效果，则F 和F 就是F的________，此实验可以探究____________规律。 1 2 【答案】(1)③橡皮条对小圆环的拉力相同 (2)②可构成平行四边形 ③平行四边形定则 ④分力 力的 分解 【解析】(1)③两次橡皮条伸长的长度相等，即两次橡皮条对小圆环的拉力相同，说明单个力 F的作用效果 跟F、F 共同作用的效果相同； 1 2 (2)②用虚线将拉力F的箭头端分别与F 、F 的箭头端连接，得到的力的图示的图形为平行四边形，F 和 1 2 1 F 为邻边，F为F 与F 和共顶点的对角线长度； 2 1 2 ③多次改变拉力F 、F 的大小和方向，重做上述实验，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻 1 2边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则； ④如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F将圆环拉到O点，再用拉力F 和F 共同拉圆环产生 1 2 相同效果，则F 和F 就是F的分力，此实验可以探究力的分解规律。 1 2 训练2、（2015山东） 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤： ①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。 ②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数 为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置记为O 、O ，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O 、O 间的距离 1 2 1 2 （即橡皮筋的长度l）。每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示： F(N) 0 0.50 1.00 1.05 2.00 2.50 l (cm) l 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 0 O O F ③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置，重新记为 、 ，橡皮筋的拉力记为 OO。 ④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋 的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为F ，OB段的 OA 拉力记为F 。 OB O O 1 A B O 2 F F OB OA O＇ 图甲 图乙 完成下列作图和填空： （1）利用表中数据在给出的坐标纸上（见答题卡）画出F—l图线，根据图线求得l=_____cm。 0 （2）测得OA=6.00cm，OB=7.60cm，则F 的大小为________N。 OA （3）根据给出的标度，在答题卡上作出F 和F 的合力F的图示。 OA OB （4）通过比较F与________的大小和方向，即可得出实验结论。 【答案】（1）10.00；（2）1.80；（3）如图；（4）F ’ OO 【解析】（1）做出F-l图像，求得直线的截距即为l，可得l=10.00cm ； 0 0F 1 k   N /m50N /m （2）可计算弹簧的劲度系数为 x 0.02 ；若OA=6.00cm，OB=7.60cm，则弹簧的 F kl 50(6.007.6010.0)102N 1.8N F  F 1.8N 弹力 ；则此时 OA ；[来源:学*科*网] （3）如图； （4）通过比较F’和F ’的大小和方向，可得出实验结论. OO 考点二、创新型实验 例1、(2022·安庆二模)有同学利用如图所示装置来验证力的平行四边形定则，在竖直木板上铺有白纸，并 固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等，当系 统达到平衡时如图所示，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F、F 和F，回答下列问题： 1 2 3 (1)若某次实验中钩码个数N ＝2，N ＝5，则N 可能等于________(填正确答案标号)。 1 2 3 A．2 B．4 C．8 D．9 (2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是________(填选项前字母)。 A．实验中三段绳子应与竖直木板平行B．实验中需要用天平测出一个钩码的质量 C．在某两次实验中，O点位置可以不同 D．实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角 (3)通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图甲、乙所示，你认为图示中________(选填“甲”或 “乙”)是正确的。 【答案】(1)B (2)AC (3)甲 【解析】(1)N 、N 钩码的重力的合力大小应该等于N 钩码的重力，由三角形知识应有N －N