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第二章 实验三 验证力的平行四边形定则-2024年高考物理一轮复习核心考点精梳细讲课件
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这是一份第二章 实验三 验证力的平行四边形定则-2024年高考物理一轮复习核心考点精梳细讲课件，共34页。PPT课件主要包含了实验技能储备，一根橡皮筋，一张木板，一张白纸，细绳套，考点一教材原型实验，ABC，BCD等内容，欢迎下载使用。
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1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、 、细绳、弹簧测力计(2只)、三角板、 等.
在误差范围内用平行四边形定则画出的合力与实际的合力相符
3.实验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 上，如图2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 的位置和两个细绳套的 ，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 ，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 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.
例1 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图3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____.
注意：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，
(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____；改正办法分别是_________________________________________________和____________________________________________________.
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”
例2 (2018·天津卷·9(2))某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个).(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有___.A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B.重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C.使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力
(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示.其中对于提高实验精度最有利的是____.
解析 为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细绳方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些，故选B.
1.(2019·陕西渭南市质检)在“验证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，细绳的另一端都有绳套，如图4所示，实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.
(1)某同学在做实验时认为：A.拉橡皮条的绳细些且长一些，实验效果较好B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴 近木板且与木板平面平行C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些D.拉力F1和F2的夹角越大越好其中正确的是__________.(填入正确选项前的字母)
(2)若某次测量中两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则______(选填“能”或“不能”)用一个量程为0～5 N的弹簧测力计测出它们的合力，理由是_____________________________________.
2.(2017·全国卷Ⅲ·22)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5(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为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行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.
例3 有同学利用如图6所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：
(1)改变钩码个数，实验能完成的是______(填正确答案标号).A.钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B.钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C.钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D.钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
|F1－F2|≤F3≤F1＋F2
(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是_____(填选项前字母).A.标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时，你认为图示7中____(填“甲”或“乙”)是正确的.
例4 (八省联考·河北·11)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调)两个，钩码若干.支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可升降，如图8甲所示.
实验步骤如下：(1)仪器调零.如图甲，将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线，调节支架竖直.调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐.滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针.
(2)搭建的实验装置示意图如图乙.钩码组mA＝40 g，钩码组mB＝30 g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针.实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面.此时测得α＝36.9°，β＝53.1°，由图丙可读出游标卡尺示数为_____ cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝______ N.当地重力加速度g为9.80 m/s2.
解：△F＝k△x＝5×9.78×10－2 N＝0.489 N.
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图9框中做出，用平行四边形定则做出合力F′.
(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论.实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果_____(填写“有”或“无”)影响.
只要每次两个重物的合力效果相同即可
3.用如下的器材和方法可验证力的平行四边形定则.如图10所示，在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动.第一次实验中，步骤如下：A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点O静止B.在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点 为起点，作出三拉力的图示C.以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以 O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度D.检验对角线的长度和绕过P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一 条直线上
(1)这次实验中，若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则第三根绳挂的质量一定大于____且小于_____.
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1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、 、细绳、弹簧测力计(2只)、三角板、 等.
在误差范围内用平行四边形定则画出的合力与实际的合力相符
3.实验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 上，如图2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 的位置和两个细绳套的 ，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 ，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 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.
例1 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图3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____.
注意：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，
(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____；改正办法分别是_________________________________________________和____________________________________________________.
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”
例2 (2018·天津卷·9(2))某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个).(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有___.A.橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B.重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C.使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力
(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示.其中对于提高实验精度最有利的是____.
解析 为了提高实验精度，测力计读数应尽可能大一些，标注细绳方向的两点离结点应尽可能远一些，标度应尽可能小一些，故选B.
1.(2019·陕西渭南市质检)在“验证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，细绳的另一端都有绳套，如图4所示，实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.
(1)某同学在做实验时认为：A.拉橡皮条的绳细些且长一些，实验效果较好B.拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴 近木板且与木板平面平行C.橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些D.拉力F1和F2的夹角越大越好其中正确的是__________.(填入正确选项前的字母)
(2)若某次测量中两个弹簧测力计的读数均为4 N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则______(选填“能”或“不能”)用一个量程为0～5 N的弹簧测力计测出它们的合力，理由是_____________________________________.
2.(2017·全国卷Ⅲ·22)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5(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为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行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.
例3 有同学利用如图6所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：
(1)改变钩码个数，实验能完成的是______(填正确答案标号).A.钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B.钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C.钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D.钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
|F1－F2|≤F3≤F1＋F2
(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是_____(填选项前字母).A.标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量
(3)在作图时，你认为图示7中____(填“甲”或“乙”)是正确的.
例4 (八省联考·河北·11)为验证力的平行四边形定则，某同学准备了以下器材：支架，弹簧，直尺，量角器，坐标纸，细线，定滑轮(位置可调)两个，钩码若干.支架带有游标尺和主尺，游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上，主尺可升降，如图8甲所示.
实验步骤如下：(1)仪器调零.如图甲，将已测量好的劲度系数k为5.00 N/m的弹簧悬挂在支架上，在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线，调节支架竖直.调整主尺高度，使主尺与游标尺的零刻度对齐.滑动指针，对齐挂钩上的O点，固定指针.
(2)搭建的实验装置示意图如图乙.钩码组mA＝40 g，钩码组mB＝30 g，调整定滑轮位置和支架的主尺高度，使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针.实验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面.此时测得α＝36.9°，β＝53.1°，由图丙可读出游标卡尺示数为_____ cm，由此计算出弹簧拉力的增加量F＝______ N.当地重力加速度g为9.80 m/s2.
解：△F＝k△x＝5×9.78×10－2 N＝0.489 N.
(3)请将第(2)步中的实验数据用力的图示的方法在图9框中做出，用平行四边形定则做出合力F′.
(4)依次改变两钩码质量，重复以上步骤，比较F′和F的大小和方向，得出结论.实验中铅垂线上小钩码的重力对实验结果_____(填写“有”或“无”)影响.
只要每次两个重物的合力效果相同即可
3.用如下的器材和方法可验证力的平行四边形定则.如图10所示，在圆形桌子透明桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮，其中滑轮P1固定在桌子边，滑轮P2、P3可沿桌边移动.第一次实验中，步骤如下：A.在三根轻绳下挂上一定数量的钩码，并使结点O静止B.在白纸上描下O点的位置和三根绳子的方向，以O点 为起点，作出三拉力的图示C.以绕过P2、P3绳的两个力为邻边作平行四边形，作出以 O点为起点的平行四边形的对角线，量出对角线的长度D.检验对角线的长度和绕过P1绳拉力的图示的长度是否一样，方向是否在一 条直线上
(1)这次实验中，若一根绳挂的质量为m，另一根绳挂的质量为2m，则第三根绳挂的质量一定大于____且小于_____.
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