（江苏专版）2020版高考物理一轮复习第二章实验二力的平行四边形定则讲义（含解析）.doc

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1、1实验二 力的平行四边形定则一、实验目的1验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。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(几个)、铅笔。突破点(一) 实验原理与操作例 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。(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

2、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；2D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

3、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_。答案 (1) F(2)B(3)C E 记下两条细绳的方向 把橡皮条的结点拉到同一位置 O由题引知要点谨记1.实验原理的理解对应第12 题1 用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力 F的方向一定沿 AO方向。2 因存在误差 读数误差、作图误差等 ，由平行四边形定则作出的合力不一定沿AO方向。3 本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系。2.实验操作步骤对应第3 题1 两次拉橡皮条时结点 O完全重合，以保证力 F1、 F2的合力与 F的作用效果相同。2 实验过程中要同时记录

4、弹簧测力计的示数及拉力方向。集训冲关1(2019苏州月考)某物理兴趣小组自行设计装置，开展实验“探究求合力的方法” 。用一木板竖直放在铁架台和弹簧所在平面后，其部分实验操作如下：3a先用两个钩码挂于弹簧末端，在木板上记下末端的位置 O(如图甲所示)；b卸下钩码然后将两绳套 OA、 OB系在弹簧末端，用两弹簧测力计勾住绳套将弹簧末端拉到同一位置 O(如图乙所示)，记录相关内容；c根据步骤 b中所记录的内容，在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力 FA、 FB，再根据已知的钩码重力，在坐标纸上画出弹簧所受的钩码拉力 F(如图丙所示)。请完成下列相关内容：(1)步骤 b中，需要记录两弹簧测力计相应的读数和_

5、，要将弹簧末端拉到同一位置 O，这里体现的科学方法是_；(2)请你用作图工具在图丙中作出 FA、 FB的合力 F；(3)最后观察比较 F和 F，得出结论后，组员们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是_。A实验要选用自重较小的弹簧B弹簧测力计、细绳、弹簧都应与木板平行C两绳套 OA、 OB要适当长些，标记同一细绳方向的两点要远些D用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大解析：(1)步骤 b中，需要记录两弹簧测力计相应的读数和两绳套的方向，合力与分力是等效替代的关系，在探究求合力方法的实验中使用了等效替代的思想。(2)如图所示。(3)本实验是验证合力与分力的关系，

6、与弹簧的自重无关，故 A错误； 测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧测力计、细绳、弹簧都应与木板平行，故 B正确；为了更加准确的记录力的方向，拉弹簧的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故 C正确；用两弹簧测力计同时拉细绳时弹簧测力计示数没有要求，只要使得两次弹簧拉伸到一点就行，故 D错误。所以选 B、C。4答案：(1)两绳套的方向 等效替代 (2)见解析 (3)BC2(2018徐州期中)某同学为了验证力的平行四边形定则，准备了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、铅笔、细绳套、白纸、钉子等器材。操作步骤如下：a把三根橡皮筋的一端系在一起，另一

7、端分别系一个细绳套；b将白纸固定在木板上，在木板上钉两个钉子，将任意两个橡皮筋上的绳套分别套在两钉子上；c立起木板，将重物挂在剩下的一个绳套上，如图甲所示；d记录下三根橡皮筋的长度和橡皮筋结点的位置 O及每个细绳的方向；e取下白纸，利用橡皮筋的伸长量作为拉力大小，画出受力图，验证力的平行四边形定则；f换用不同的重物重复实验。(1)此实验还需 _；A测量重物的质量B记录下两个钉子的位置C测量橡皮筋的原长(2)某次实验，测得三根橡皮筋的伸长量及方向。把橡皮筋的伸长量作为拉力大小，作出力的图示，如图乙所示，请任选两个力，根据平行四边形定则作出合力；(3)在(2)问作出的图中，根据_可以说明力的合成满

8、足平行四边形定则；(4)如果换用不同的重物再次重复该实验，_ (填“需要”或“不需要”)改变钉子的位置，使橡皮筋的结点回到原来的 O点。解析：(1)实验中使用了三根相同的橡皮筋，故弹力与橡皮筋伸长量成正比，即伸长量的大小表示弹力的大小，故只需要测量三根橡皮筋的伸长量即可，故 A错误；在以上步骤中已经记录了每条细绳的方向，不需要记录两个钉子的位置，故 B错误；本实验以橡皮筋的伸长量来作平行四边形，步骤 d中测量了橡皮筋悬挂重物后的长度，要计算伸长量，需要测量橡皮筋的原长，故选 C。(2)根据平行四边形定则作出合力，如图所示。(3)根据平行四边形定则作出任意两根橡皮筋的弹力的合力，当合力与第三根5

9、橡皮筋的弹力的大小近似相等，方向近似相反时，即说明力的合成满足平行四边形定则。(4)因为该实验是利用橡皮筋的伸长量作为拉力大小，画出受力图，验证力的平行四边形定则；如果换用不同的重物再次重复该实验，不需要改变钉子的位置，也不需要使橡皮筋的结点回到原来的 O点。答案：(1)C (2)见解析 (3)作出的合力大小与另一个力的大小近似相等，方向近似相反 (4)不需要突破点(二) 数据处理与误差分析例 2 在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一只弹簧测力计。(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：弹力 F(N) 0.50 1.00

10、 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50伸长量 x(102 m) 0.74 1.80 2.80 3.72 4.60 5.58 6.42请在图中画出图像，并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，请在虚线框内画出这两个共点力的合力 F 合 的图示。(3)由画出的图示得到 F 合 _ N。(4)某次实验中甲、乙两位同学得到的结果如图所示，其中_同学的实验结果比较6符合实验事实(力 F是用一只弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示)。(5)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学的

11、实验中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)答：_。由题引知要点谨记1.图像法处理数据对应第1 题1 用作图法处理实验数据时，要注意 F轴和 x轴的标度选择。2 连线时要遵循连线原则。3 利用 kf( F, x)求弹簧的劲度系数时，两点的坐标应尽量远些。2.弹 簧 测 力 计 的 读 数 方 法 对 应 第 2 题 1 注 意 弹 簧 测 力 计 的 最 小 格 为 0.1 N。 2 弹 簧 测 力 计 读 数 要 符 合 有 效 数 字 要 求 ， 小 数 点 后 保 留 两 位 有 效 数 字 。3.实验数据处理对应第34 题1 作图时要选好标度。2 合力 F 合 的大小要根据所选标

12、度和对角线的长度计算得出。4.实 验 误 差 分 析 对 应 第 5 题 1 理 论 值 不 一 定 沿 橡 皮 条 方 向 ， 但 单 个 弹 簧 测 力 计 的 拉 力 F 一 定 沿 橡 皮 条 方 向 。 2 读 数 不 准 确 和 作 图 不 精 确 都 可 能 使 F与 F 不 完 全 重 合 。答案 (1)如图(a)所示 55(2 内均可)(2)2.10(0.02内均可) 如图(b)所示(3)3.4(0.2内均可)(4)甲7(5) FC读数比真实值偏小；确定力的方向不准确、作图不精确集训冲关3.(2019靖江质检)“探究合力和分力的关系”的实验中，某同学实验装置如图所示，其中 A

13、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。(1)本实验采用的科学方法是_。A等效替代法 B理想实验法C控制变量法 D建立物理模型法(2)为了减小实验误差，以下观点正确的有_。A两根细线应该适当长些B在不超出弹簧测力计量程情况下，拉力应该适当大些C两根弹簧测力计拉力方向应该尽量接近垂直D记录拉力方向时可以用铅笔贴着细线画直线表示(3)如图为该同学完成测量后留在白纸上的实验情况记录图，图中点 P1、 P2分别是用笔在 OB绳和 OC绳正下方标记的点， P是单独用一根弹簧测力计拉时用笔在细绳正下方标记的点，相应弹簧测力计的读数也标在图上，请根据给定的标度，尽可能准确地作出两

14、个分力 F1、 F2和合力 F的力的图示。解析：(1)探究合力和分力的关系实验的原理是合力单独作用时的作用效果与分力同时作用时的作用效果相同，所以本实验所采用的科学方法是等效替代法，故选 A。(2)两根细线适当长些，在确定力的方向时，误差较小，故 A正确；在不超出弹簧测力计量程情况下，拉力适当大些，橡皮筋形变量明显，确定拉力方向和作图时，误差较小，故 B正确； 不需要两根弹簧测力计拉力方向一定接近垂直，故 C错误； 记录拉力方向时用铅笔贴着细线画直线时，细线位置容易改变，误差较大，故 D错误。(3)根据力的图示做出两分力 F1、 F2，根据平行四边形定则做出合力如图所示。8答案：(1)A (2

15、)AB (3)如图见解析4(2018高邮期中)请完成“验证力的平行四边形定则”实验的相关内容。(1)如图甲所示，在铺有白纸的水平木板上，橡皮条一端固定在 A点，另一端拴两个细绳套。(2)如图乙所示，用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为 O点，记下此时弹簧测力计的示数 F1和 F2及_。(3)如图丙所示，用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点拉到 O点，记下此时弹簧测力计的示数 F_N 和细绳的方向。(4)如图丁所示，已按一定比例作出了 F1、 F2和 F的图示，请用作图法作出 F1和 F2的合力 F。(5)F与 F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由

16、 F1引起，则原因是 F1的大小比真实值偏_(填“大”或“小”)或 F1与 F2的夹角比真实夹角偏_(填“大”或“小”)。解析：(2)实验时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为 O点，记下此时弹簧测力计的示数 F1和 F2及两细绳的方向；(3)分度值为 0.1 N，要估读到分度值下一位，弹簧测力计的示数为 3.00 N；(4)由力的图示作出 F1和 F2的合力；(5)F与 F大小相等，方向略有偏差，此偏差仅由 F1引起， F2为真实值，合力的真实值为 F， F1为测量值，由图可知， F1的大小比真实值偏大或 F1的方向与 F2的方向夹角比真实值偏大。答案：(

17、2)两细绳的方向 (3)3.00 (4)由力的图示根据平行四边形定则作出 F1和 F2的合力 F，图见解析 9(5)大 大突破点(三) 实验的改进与创新例 3 某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤：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。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标记为 O1、 O2，记录弹簧秤的示数 F，测量并记录 O1、 O2间的距离(即橡皮筋的长度 l)。每次将弹簧秤示数改变 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：F/N 0 0.50 1.00 1

18、.50 2.00 2.50l/cm l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05找出中 F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为 O、 O，橡皮筋的拉力记为FO O 。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 FOA， OB段的拉力记为 FOB。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图中画出 Fl图线，根据图线求得 l0_cm。(2)测得 OA6.00 cm， OB7.60 cm，则 FOA的大小为_N。10(3)根据给出的标度，在

19、图中作出 FOA和 FOB的合力 F的图示。(4)通过比较 F与_的大小和方向，即可得出实验结论。由题引知要点谨记1.实 验 器 材 的 创 新 对 应 题 干 部 分 1 将 橡 皮 筋 和 弹 簧 秤 在 实 验 中 的 角 色 互 换 。 2 用 已 知 劲 度 系 数 的 橡 皮 筋 代 替 细 绳 套 和 两 弹 簧 秤 。2实验原理的创新对应题干部分(1)两次将秤钩的下端拉至 O点，保证两次作用效果相同。(2)秤钩上涂抹少许润滑油，橡皮筋两侧弹力大小相同，均等于橡皮筋中的弹力。3实验目的的创新对应第(1)(2)题在验证力的平行四边形定则的实验中，同时测量橡皮筋的劲度系数和原长。4.

20、还可以从以下两个方面创新：1 使用力的传感器用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则。2 钩码 弹簧测力计。 替 代 解析 (1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点 l010.0 cm。(2)橡皮筋的长度 l OA OB13.60 cm，由图甲可得 F1.80 N，所以FOA FOB F1.80 N。(3)利用给出的标度作出 FOA和 FOB的图示，然后以 FOA和 FOB为邻边的平行四边形，对角线即为合力 F，如图乙。(4)FO O 的作用效果和 FOA、

21、FOB两个力的作用效果相同， F是 FOA、 FOB两个力的合力，所以只要比较 F和 FO O 的大小和方向，即可得出实验结论。答案 (1)如图甲所示 10.0(9.8、9.9、10.1 均可)(2)1.80(1.701.90 均可)(3)如图乙所示 (4) FO O11集训冲关5.某同学在家中尝试验证平行四边形定则，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用细绳连接于结点 O，两条橡皮筋的另一端分别挂在墙上的钉子 A及重物 C上，同时用一条细绳一端与结点 O相连，另一端用钉子 B固定在墙上。(1)为完成

22、该实验，下述操作中必需的是_。A测量细绳 OB的长度B测量橡皮筋的原长C测量悬挂重物后橡皮筋的长度D记录悬挂重物后结点 O的位置E记录细绳 OB的位置F使橡皮筋 OA、细绳 OB交换位置并保持 O点位置不变，再重新固定细绳和橡皮筋，测量橡皮筋的长度(2)要完成该实验，该同学在操作过程中，对减小实验误差有益的做法是_。A两橡皮筋必须等长、粗细相同B细绳、橡皮筋都应与竖直墙面平行C橡皮筋伸长量应尽可能大D拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些解析：(1)要验证平行四边形定则，需要测量力的大小和方向，故需要测量橡皮筋的原长及拉伸后的长度，因橡皮筋的劲度系数相同，根据橡皮筋的形变量可以测出

23、三个力的比例关系，从而作出力的图示，进而验证平行四边形定则，由实验原理知，必需的操作为BCDEF。(2)因为要根据橡皮筋的形变量确定力的大小，故必须保证橡皮筋完全相同；要保证测量误差较小，还需要保证三个力在一个平面内；在标记力的方向时，应使所描两点的距离较大，减小作图时的误差，故 A、B、D 正确。12答案：(1)BCDEF (2)ABD6.(2018连云港模拟)某实验小组用一只弹簧秤和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心 O的正上方 A处，另一端系绳套 1和绳套 2，主要实验步骤如下：.弹簧秤挂在

24、绳套 1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达 O点处，记下弹簧秤的示数 F；.弹簧秤挂在绳套 1上，手拉着绳套 2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达 O处，此时绳套 1沿 0方向，绳套 2沿 120方向，记下弹簧秤的示数 F1；.根据力的平行四边形定则计算绳套 1的拉力 F1_；.比较_ 即可初步验证；.只改变绳套 2的方向，重复上述试验步骤。回答下列问题：(1)完成实验步骤：_；_。(2)将绳套 1由 0方向缓慢转动到 60方向，同时绳套 2由 120方向缓慢转动到180方向，此过程中保持橡皮筋的结点在 O处不动，保持绳套 1和绳套 2的夹角 120不变，关于绳套 1的拉力大小的变化，下列

25、结论正确的是_(填选项前的序号)。A逐渐增大 B先增大后减小C逐渐减小 D先减小后增大解析：(1)根据平行四边形定则计算绳套 1的拉力 F1 Ftan 30 ，通过比较 F1F3和 F1，在误差范围内相同，则可初步验证。(2)两个绳套在转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出图像，如图所示，根据图像可知，绳套 1的拉力大小逐渐增大，故 A正确。答案：(1) F1和 F1 (2)AF37某实验小组选择了日常生活中使用的电子秤、保温水壶、细线、墙钉和白纸等物品，做“验证力的平行四边形定则”的实验。他们将水壶装上适量的水，如图甲所示，将三根细线 L1、 L2、 L3的一端打结，另一端分别拴在

26、电子秤的挂钩、墙钉 A和水壶带子上。13(1)如图甲所示，拉动电子秤使细线 L1沿水平方向，此时在白纸上用铅笔记下细线结点的位置 O、 L2方向和_；(2)如图乙所示，将另一颗墙钉钉在 L2方向上的 B点并将 L2拴在其上。手握电子秤沿着水平方向向右拉开细线 L1、 L2，使细线结点重新回到_位置并记下电子秤的示数；(3)如图丙所示，在电子秤下端悬挂水壶，记下电子秤的示数 F。取下白纸按一定标度作出拉动细线 L1、 L2力的图示，并根据平行四边形定则作出合力 F的图示，若_，则平行四边形定则得到验证。解析：(1)拉动电子秤使细线 L1沿水平方向，此时在白纸上用铅笔记下细线结点的位置 O、 L2方向和电子秤的示数。(2)将另一颗墙钉钉在 L2方向上的 B点并将 L2拴在其上。手握电子秤沿着水平方向向右拉开细线 L1、 L2，使细线结点重新回到 O位置并记下电子秤的示数，保证 L2的拉力与图甲中相同。(3)在误差允许的范围内，若两拉力的合力与水壶的重力大小相等，即与 F大小相等，平行四边形定则得到验证。答案：(1)电子秤的示数 (2) O(3)在误差允许的范围内 F F14