必修1 第三章 第五讲 实验 验证力的平行四边形定则（原卷+解析版）—2021届高中物理一轮复习专题检测

第5讲 验证力的平行四边形定则 基础知识 1．实验目的：验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则. 2．实验原理： 等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是　让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点　，所以这一个力F′就是两个力F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据　平行四边形定则　作出F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同. 3．实验器材 方木板，白纸，弹簧秤(两只)，　橡皮条　，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个). 4．实验步骤 ①用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上. ②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. ③用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示，记录　两弹簧秤的读数　，用铅笔描下　O点的位置　及此时两　细绳套的方向　. ④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画垂直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数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. ⑤只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下　弹簧秤的读数　和　细绳的方向　，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示. ⑥比较一下，力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同. ⑦改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复实验两次. “验证力的平行四边形定则”实验的操作技巧、注意事项及误差分析 1.正确使用弹簧秤 （1）弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换弹簧，直至相同为止. （2）弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用. （3）使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差). （4）被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦. （5）读数时应正对、平视刻度. 2.实验注意事项 （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）在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同. （3）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，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧秤读数有无变化. （4）细绳套应适当长一些，便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标的点与O点连直线确定力的方向. （5）在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些. 3.误差分析 本实验误差的主要来源除弹簧秤本身的误差外，还出现读数误差、作图误差，因此读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力的对边要平行.两个分力F1和F2间的夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差ΔF也越大，所以实验中不要把θ取得太大.但也不宜太小，以60°～100°之间为宜. 典型例题 【例1】在“探究求合力的方法”的实验中，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并记下该点的位置O；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： 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．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D．在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意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另一端拉到位置O 其中正确的是________．(填入相应的字母) (2)“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图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向是________． 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 【例2】某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长． (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到