实验二实验二 探究力的平行四边形定则探究力的平行四边形定则考纲解读 1.知道什么是等效替代法.2.能用作图法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四边形定则基本实验要求规律方法总结1实验原理互成角度的两个力 F1、F2与另外一个力F产生相同的效果，看 F1、F2用平行四边形定则求出的合力 F 与 F在实验误差允许范围内是否相等2实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺3实验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上(2)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1正确使用弹簧测力计(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围(3)被测力的方向应与轴线方向一致(4)读数时应正对、平视刻度2注意事项(1)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(2)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，其夹角不长，结点到达某一位置 O.如实验原理图所示(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，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力 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相同的位置O，记下弹簧测力计的读数 F和细绳的方向(5)比较 F与用平行四边形定则求得的合力 F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等宜太小，也不宜太大，以 60100之间为宜(3)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(4)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3误差分析(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等(2)减小误差的办法：实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行考点一 对实验原理及实验操作的考查例 1 某同学做“探究力的平行四边形定则”的实验情况如图 1 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图 1(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，主要的步骤是：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，结点到达某一位置 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_解析 (1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至 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“探究力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，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同一位置 O.答案 (1)F (2)B (3)C E C 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”考点二 对实验过程及数据处理的考查例 2 (2011江苏10)某同学用如图 2 所示的实验装置来探究“力的平行四边形定则” 弹簧测力计 A 挂于固定点 P，下端用细线挂一重物 M.弹簧测力计 B 的一端用细线系于 O点，手持另一端向左拉，使结点 O 静止在某位置分别读出弹簧测力计 A 和 B 的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录 O 点的位置和拉线的方向图 2(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N，图中 A 的示数为_N.(2)下列不必要的实验要求是_(请填写选项前对应的字母)A应测量重物 M 所受的重力B弹簧测力计应在使用前校零C拉线方向应与木板平面平行D改变拉力，进行多次实验，每次都要使 O 点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计 A 的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法解析 (1)由题图知，弹簧测力计 A 的分度值为 0.2 N，读数为 3.6 N.(2)探究力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D 错；M 的重力即合力，A 对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B 对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C 对(3)对 O 点受力分析如图所示，可见若减小 FOA，可调节 FOB的大小或方向、调节 OA方向或减小物重 G 等答案 (1)3.6 (2)D (3)减小弹簧测力计 B 的拉力；减小重物 M 的质量(或将 A 更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计 B 拉力的方向等)创新实验设计例 3 某同学尝试用橡皮筋等器材探究力的平行四边形定则，他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端与细绳连接，结点为 O，细绳下挂一重物，两橡皮筋的另一端也都连有细绳实验时，先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子 A上，另一条橡皮筋任其下垂，如图 3 甲所示；再将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定在墙上的钉子 B 上，如图乙所示图 3(1)为完成实验，下述操作中必需的是_a两橡皮筋的另一端连接的细绳 a、b 长度要相同b要测量橡皮筋的原长c要测量图甲和图乙中橡皮筋的长度d要记录图甲中结点 O 的位置及过结点 O 的竖直方向e要记录图乙中结点 O 的位置及过结点 O 的竖直方向(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的为_a橡皮筋的材料和原长相同即可b橡皮筋的材料和粗细相同即可c橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同解析 (1)首先应明白该实验的实验原理，即用橡皮筋的伸长量来表示弹力的大小，所以实验中一定要测橡皮筋的长度，而没必要关心细绳 a、b 的长度，b 和 c 是需要的，为了确保力的合成的等效性，悬挂重物后结点 O 的位置必须相同，且是图乙中的，而不能是图甲中的，e 是必需的(2)为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小，满足 Fkx，应让 k 值相同，即橡皮筋的材料、粗细、原长均要相同，c 正确答案 (1)bce (2)c9.等效法和作图法在探究平行四边形定则中的应用1等效法是指两个弹簧测力计同时拉橡皮筋使橡皮筋产生的形变与一个弹簧测力计单独拉橡皮筋产生的形变相同应使两个弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置与一个弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置是同一个位置2作图法是用来探究两个弹簧测力计拉力的合力与单个弹簧测力计拉力的大小、方向是否相同的例 4 将橡皮筋的一端固定在 A 点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为 0.1 N 的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到 O 点时，两根细绳相互垂直，如图 4 所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出图 4(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_ N 和_ N.(2)在如图 5 所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力图 5解析 (1)弹簧测力计的最小刻度为 0.1 N，读数时应估读一位，所以读数分别为 2.50 N(4.00 N)和 4.00 N(2.50 N)(2)取一个小方格的边长表示 0.50 N，作出两个力及它们的合力如图所示答案 (1)2.50(4.00) 4.00(2.50) (2)见解析图1在“探究力的平行四边形定则”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，细绳的另一端打好绳套，如图 6 所示实验中用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，以下说法正确的是( )图 6A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拉力方向与木板平面平行，且弹簧秤中的弹簧不能与其外壳接触D同一次实验中，O 点位置允许变动E实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一弹簧秤的拉力的大小和方向，把橡皮条的结点拉到 O 点答案 C2.某同学在家中用三根相同的橡皮筋(遵循胡克定律)来探究求合力的方法，如图 7 所示，三根橡皮筋在 O 点相互连接，拉长后三个端点用图钉固定在 A、B、C 三点在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力大小，并通过 OA、OB、OC 的方向确定三个拉力的方向，从而探究求其中任意两个拉力的合力的方法在实验过程中，下列说法正确的是( )图 7A实验过程中需要测量橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长B为减小误差，应选择劲度系数尽量大的橡皮筋C以 OB、OC 为两邻边作平行四边形，其对角线必与 OA 在一条直线上且长度相等D多次实验中 O 点不必固定答案 AD解析 胡克定律关系式 Fkx 中的 x 是橡皮筋的形变量，实验时应使 x 适当大些可减小误差，则应选择劲度系数适当的橡皮筋，故 A 正确，B 错误实验有一定的误差，故以 OB、OC 为两邻边作平行四边形时，其对角线不一定与 OA 在一条直线上，C 错误在多次实验中，不必使 O 点固定，D 正确3如图 8 所示，在“探究力的平行四边形定则”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：图 8A用铅笔和直尺在白纸上从 O 点沿着两细绳方向画直线，按一定标度作出两个力 F1和 F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力 F；B只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋与细绳的连接点拉到同样的位置 O；C用铅笔记下 O 点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数；D在水平放置的木板上，垫一张白纸并用图钉固定，把橡皮筋的一端固定在板上 A点，用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置 O；E记下测力计的读数和细绳方向，按同一标度作出这个力的图示 F，比较这个实测合力和按平行四边形定则求出的合力 F，看它们的大小和方向是否相同；F改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，根据实验得出结论(1)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为_(填选项前的字母)(2)在物理学中跟力一样，运算时遵守平行四边形定则的物理量还有_(至少写出三个，要求写名称)答案 (1)DCABEF (2)位移、速度、加速度等4在“探究力的平行四边形定则”的实验中，某小组利用如图 9 所示的装置完成实验，橡皮条的一端 C 固定在木板上，用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的 O点(1)则下列叙述正确的是( )图 9A该实验中 CO