专题12 实验：验证力的平行四边形定则一、实验原理和方法1合力F的确定：一个力F的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F为F1和F2的合力2合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示3平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F和F是否大小相等、方向相同二、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔三、实验步骤1仪器的安装：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套，如图1所示2操作与记录：(1)两力拉：用两个弹簧测力计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1所示)用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数图1(2)一力拉：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相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验四、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方向作出实验步骤(2)中弹簧测力计的拉力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、误差分析(1)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(2)作图误差结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差两个分力的起始夹角太大，如大于120，再重复做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不变)，则变化范围不大，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作图比例不恰当、不准确等造成作图误差六、注意事项1正确使用弹簧测力计：(1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确，注意使用中不要超过其弹性限度(2)实验时，弹簧测力计必须保持与木板平行，且拉力应沿轴线方向弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦(3)读数时应正对、平视刻度，估读到最小刻度的下一位2规范实验操作：(1)位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同(2)角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小，也不宜太大，以60100为宜(3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应尽量大一些(4)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向不要直接沿细绳套方向画直线，应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向3规范合理作图：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【典例1】某兴趣小组在验证力的平行四边形定则的实验时使用了如图甲所示的装置先通过一根悬挂钩码的细线跨过定滑轮的方法牵引弹簧，使弹簧由O点伸长至某个位置O点，做好相关记录；再换用两根悬挂钩码的细线跨过定滑轮来牵引弹簧，使弹簧伸长到同一位置（两定滑轮的位置可适当调节），做好相关记录多次改变两细线夹角以及所挂钩码个数，重复实验请回答下列问题：（1）本实验采用的科学方法是_（选填选项前的字母） A理想实验法B控制变量法C等效替代法D建立物理模型法（2）为了完成实验，必须记录的有_（选填选项前的字母） A弹簧右端与滑轮之间的细线方向B所挂钩码个数CO点的位置 DO点的位置（3）某同学在纸上已经用力的图示法画出了某次实验时的两个互成角度的已知力F1和F2（如图乙所示），请在图乙中做出F1、F2的合力F【答案】 (1)C (2)ABD （3）（3）根据平行四边形法则画出合力如图；【典例2】（2017-2018湖南省张家界市高一上期末考试（B卷）（1）在“探究求合力的方法”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A）。实验中需用两个弹簧秤分别勾住细绳套，并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：其中正确的是 _。（只有一个选项正确）A两根细绳必须等长 B橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行D在实验中，若把细绳换成橡皮条，那么对实验结果有影响（2）图B是甲、乙两位同学在做本实验时分别得到的两幅图，其中F是用平行四边形作图得到的合力，F/是通过实验测得的合力，则哪幅图是符合实验事实的？_(填“甲”或“乙”)【答案】 C 甲（2）实验测的弹力方向沿绳子方向，由于误差的存在，作图法得到的合力与实验值有一定的差别，故甲更符合实验事实。【跟踪训练】1（2017-2018广东省阳江三中高一上期末考试）右图是探究力的平行四边形定则实验的示意图下列说法正确的是_ (单选） A橡皮筋不需要每次被拉到同一个点B弹簧测力计必须与木板平面平行C用两弹簧测力计拉橡皮条时，两弹簧测力计的示数必须相同D 用两弹簧测力计拉橡皮条时，应使两个拉力的方向垂直【答案】B2如图，是“探究求合力的方法”实验示意图图(甲)表示在两个拉力F1、F2的共同作用下，将橡皮条的结点拉长到O点；图(乙)表示准备用一个拉力F拉橡皮条下列说法正确的是()A(甲)实验时，两个拉力的大小应相等B(甲)实验时，两个拉力的方向应互相垂直C(乙)实验时，只需使橡皮条的伸长量与甲实验相等D(乙)实验时，需将橡皮条的结点拉到O点【答案】D【解析】(甲)实验时，两个拉力的大小适当，将橡皮条拉到O点，并非要求它们的大小一定相等，选项A错误；实验时两个分力的夹角大小适当即可，并非要求一定垂直，选项B错误；(乙)实验时，要求橡皮条的伸长量和形变方向与(甲)实验相等，即将结点拉到O点，选项C错误，D正确3. 在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示请将以下的实验操作和处理补充完整： (1)用铅笔描下结点位置，记为O；(2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；(3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_；(4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；(5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；(6)比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验【答案】(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线(6)F与F34在做“探究求合力的方法”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点(结点)并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的是_A在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行B两根细绳必须等长C橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上D在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等E在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的结点拉到用一个弹簧测力计拉时记下的结点位置(2)某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为1和2，下列说法正确的是_AF14 NBF12 NC145 D12【答案】(1)AE(2)BC5在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如表：弹力F/N0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x/102 m0.741.802.803.724.605.586.42用作图法求得该弹簧的劲度系数k_N/m. (2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其读数为_N；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在图中画出这两个共点力的合力F合(3)由图得到F合_N. 【答案】(1)53(说明：2内均可)(2)2.10图见解析(3)3.20 (2)读出弹簧测力计的读数为2.10 N以O为顶点，画出两绳套方向就是两拉力方向，再确定并画好力的标度，画出两拉力的图示，以两拉力为邻边作出平行四边形，画出平行四边形的对角线，即合力F合，如图所示(3)用刻度尺量出合力的长度，根据确定的标度算出合力的大小模拟提升1（2019届湖南省醴陵市第二中学高三上第一次月考）在探究共点力合成的规律的实验中，某同学的实验情况如图所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB与OC为细绳，OB绳的拉力为F1，OC绳的拉力为F2，则下列说法中正确的是_。A第二次用一个弹簧称拉橡皮筋和第一次用两个弹簧称拉橡皮筋，要把结点O拉至同一位置。B用两只弹簧称将结点拉到O点时，记录两弹簧读数后，可立即松开弹簧称，进行下一步操作。C在实验中，应使拉力沿弹簧的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同 一平面内。D实验中需要使用量角器测量两个分力之间的夹角【答案】AC2（2019届宁夏银川一中高三第一次月考） “探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验数据画出的图(1)实验中必须保证两次将橡皮筋与细绳的结点O拉到同一位置,本实验主要采用的科学方法是（_）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(2)图乙作出的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是_(3)若认为图乙中F与F大小相等,方向略有偏差,如果此偏差仅由F1大小引起,则原因是F1的大小比真实值偏_。(选填“大”或“小