专题08 验证力的平行四边形法则—备战2022年高考物理实验专题强化训练

专题八 验证力的平行四边形法则 知识点一、基本要求 1.实验目的 ①验证力的合成的平行四边形定则 ②理解等效替代的应用 2.实验原理 互成角度的两个力与一个力产生相同的效果，看他们用平行四边形定则求出的合力与这一个力在实验误差 允许范围内是否相等 3.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 4.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拉两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O ③用铅笔瞄下结点0的位置和两条细绳的方向，并记录弹簧测力计的读数 ④只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉倒与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F’和细绳的方向 知识点二、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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，作平行四边形，过O点画对角线即为合力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只用一个弹簧测力计的拉力F’的图示。 知识点三、误差分析 1.读数误差 减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；在允许的情况下，弹簧测力计的示数应尽量大一些，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 减小作图误差的方法：作图时要画准结点的位置和两个测力计的方向。两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形定则作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验时不要把F1、F2间的夹角取得太大；作图比例要恰当。 知识点四、注意事项 ①在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点位置一定要相同 ②用两个弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°--100°为宜 ③读数时应注意弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间的摩擦。读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值应尽量大一些 ④细绳套应适当长一些，一边与确定力的方向。不要直接沿细绳的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向 ⑤在同一次实验中，画力的图示时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 题型一：对实验操作的考查 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； ⑥F 和F3． 题型二：对数据处理的考查 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A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点，此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N。 （i）用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O点为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力F合； （ii）F合的大小为 N，F合与拉力F的夹角的正切值为 。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。 答：（1）4.0N；（2）（i）见解析；（ii）3.96；0.1 解析：（1）由图可知，F的大小为4.0N （2）（