专题实验3　验证力的平行四边形定则-备战2023年高考物理实验专题突破

备战2023年高考物理实验专题突破 实验03 验证力的平行四边形定则 思维突破 基本突破 1．实验原理 (1)等效法：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同一点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示． (2)平行四边形定则：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示． (3)验证：比较F和F′的大小和方向，若在误差允许的范围内相等，则验证了力的平行四边形定则． 2．实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计(2只)、三角板、刻度尺等． 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，如图所示． (2)用两个弹簧测力计分别钩住两个绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一点O. (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F1、F2，利用刻度尺和三角板作平行四边形，画出对角线所代表的力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实验中的相同位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，以同样的标度作出F′的图示． (5)比较F和F′，观察它们在实验误差允许的范围内是否相等． 4．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． 5．注意事项 (1)弹簧相同：使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处，再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，两个示数相同方可使用． (2)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． (3)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，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～120°之间为宜． (4)尽量减少误差：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． (5)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． 原型突破 重点讲析 如图甲所示,橡皮条的一端固定,另一端挂一轻质小圆环,橡皮条的长度为GE。在图乙中,用两个弹簧测力计共同拉动小圆环,小圆环受到拉力F1、F2和橡皮条的共同作用,处于O点,橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2,改用一个弹簧测力计单独拉住小圆环,小圆环受到拉力F和橡皮条的作用,仍处于O点(图丙)。力F单独作用,与F1、F2共同作用,都能使小圆环静止于O点,由于两次橡皮条的形变量相同,即橡皮条对小圆环的拉 力相同,所以F等于F1、F2的合力。 【典例1】（2022·安徽·芜湖一中高三模拟）某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。 （1）本实验采用的科学方法是______（填“控制变量法”或“等效替代法”）。 （2）用一只测力计将橡皮条的O端沿竖直方向拉至点O＇，在白板上记录下O点的位置和拉力F的方向，拉力F的大小可由测力计读出（如图乙所示），此时F的大小为______N。 （3）用两只测力计互成角度地将橡皮条的O端沿竖直方向拉至O＇点，读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N，此时还应记录下______ （4）图丙中的5个刻度表示1N的力，以为作用点，在图丙中画出力F1、F2的图示______，根据平行四边形定则求出它们的合力F合＝______N，把F合与F进行比较，若两者的大小及方向的偏差均在误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。 【答案】     等效替代法     4.0     两条细绳的方向          4.0 【解析】 (1)[1]本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法。 (2)[2]弹簧测力计最小分度为0.2N，故指针的读数为4.0N。 (3)[3]作力的图示，需要测得力的大小和方向，故还应记录下两条细绳的方向。 (4)[4]取5个刻度表示力的大小为1N，则F1、F2的大小如图所示，利用平行四边形定则作出它们的合力如图所示 [5]由图可知 F合=4.0N创新突破 重点讲析 常见创新实验方案 合力的改进：橡皮筋伸长到同一位置→钩码(重物)的重力不变 分力的改进：弹簧测力计示数→ 力的大小创新：弹簧测力计的示数→橡皮筋长度的变化 【典例2】（2022·四川自贡·三模）某小组为