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核心考点•互动探究目录ONTENTSC章末检测卷实验三验证力的平行四边形定则第二章相互作用一、实验目的1．会使用弹簧测力计．2．验证互成角度的两个力合成时是否符合平行四边形定则．二、实验原理与要求[基本实验要求]1．实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等．2．实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计(2个)、三角板、刻度尺．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．(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．(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，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力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相同位置O点，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向．(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．[规律方法总结]1．正确使用弹簧测力计(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止．(2)使用时，读数应尽量大一些，但不能超出其量程．(3)被测力的方向应与轴线方向一致．(4)读数时应正对、平视刻度．2．注意事项(1)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．(2)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°～100°为宜．(3)在合力不超出弹簧测力计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．(4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示时选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．3．误差分析(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等．(2)减小误差的办法①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录．②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力线段的对边一定要与表示两力的线段平行．考点一实验原理与操作1．[实验原理](2019·陕西西安名校联考)(1)验证“力的平行四边形定则”的实验装置如图甲所示，A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．图甲中弹簧测力计B的读数为________N；图乙中的F和F′两力中，方向一定沿OA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．建立物理模型法解析：(1)弹簧测力计的分度值是0.1N，估读到下一位，读数为11.40N．一定沿OA方向的是用一个弹簧测力计拉时的力F，由于实验误差，平行四边形对角线不一定沿OA方向．(2)本实验采用的是等效替代法．答案：(1)11.40F(2)B2．[实验操作](2018·高考天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：方木板一块，白纸，量程为5N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，其中正确的是_______．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时的拉力(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，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．解析：(1)为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只有每一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即O点位置相同即可，不需要每次实验的O点位置都相同，B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误．(2)A、D实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B图和C图选用的标度相同，但C中力太小，不利于作平行四边形，故B符合题意．答案：(1)BC(2)B[规律总结]1．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，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弹簧测力计的示数及拉力方向．考点二数据处理及误差分析3．[数据处理](2017·高考全国卷Ⅲ)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1mm)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＝4.2N和F2＝5.6N.(ⅰ)用5mm长度的线段表示1N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．解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0N.(2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图；(ⅱ)由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.答案：(1)4.0(2)(ⅰ)F1、F2和F合如图所示(ⅱ)4.00.054．[误差分析]李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O以及两个弹簧测力计拉力的大小，如图甲所示．(1)试在图甲中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．(2)有关此实验，下列叙述正确的是________．A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D．若只增大某一个弹簧测力计的拉力的大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需要调整另一个弹簧测力计的拉力的大小即可(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中________的实验比较符合实验事实．(力F′是用一个弹簧测力计拉时的图示)解析：(1)用平行四边形定则作图，即以F1、F2为两邻边作平行四边形，对角线就表示合力F.(标上箭头表明方向)(2)结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力——橡皮筋的拉力等大反向，是一对平衡力，橡皮筋的拉力不是合力，故B错；两分力可以同时大于合力，而橡皮筋的拉力与两弹簧测力计的拉力的合力等大，故A对；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同，故C对；若两个分力的大小变化而方向都不变，则合力必定变化，故D错．(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线，单个弹簧测力计的拉力F′一定与橡皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实．答案：(1)如图所示(2)AC(3)张华[规律总结]1．数据处理——作图法在“探究求合力的方法”实验中，由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F′不可能完全重合，只要在误差范围内可以认为合力F与合力F′重合即可验证平行四边形定则，如图所示．2．误差分析(1)用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样得到的两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小．(2)结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差．(3)作图比例不恰当造成作图误差．考点三实验创新设计在验证力的平行四边形定则的实验中，试题往往避开课本中固定的实验模式，另辟蹊径，通过变换实验装置，变换操作方法，达到验证实验的目的，灵活考查学生利用课本知识解决实际问题的能力．创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新(2015·高考山东卷)1.将橡皮筋和弹簧秤的实验角度互换．2.秤钩上涂抹少许润滑油，保证了橡皮筋两侧弹力大小相同，与两侧橡皮筋长度大小无关．创新角度实验装置图创新解读实验过程的创新(2014·高考江苏卷)1.探究拉伸过程对橡皮筋弹性的影响．2.橡皮筋上端固定，下端挂一重物，用水平力两次拉动重物，对应不同的轨迹.5.(1)在“验证力的平行四边形定则”实验中，部分实验步骤如下，请完成有关内容：A．将一根橡皮筋一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端拴上两个细绳套．B．其中一个细绳套挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：钩码个数、细绳套的方向、________.C．将步骤B中的钩码取下，分别在两个细绳套上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细绳套互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使两次结点位置重合，记录：________.(2)如果“力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中cosα∶cosβ＝________.解析：(1)在“验证力的平行四边形定则”实验中，要保证合力和分力的作用效果相同，所以B步骤中还需记下作用效果即结点O的位置．C步骤中，再次拉到O点，记下两个分力的大小、方向，即钩码个数和细绳套方向．(2)根据力的合成，矢量图如图所示，根据勾股定理可判断两个分力垂直，cosα＝35，cosβ＝45，那么cosα∶cosβ＝3∶4.答案：(1)结点的位置O钩码个数和细绳套方向(2)3∶46．(2019·广东广州模拟)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则．(1)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶________时电子秤的示数F.(2)如图乙，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上．水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、________和电子秤的示数F1.(3)如图丙，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上．手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使________和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2.(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________，则平行四边形定则得到验证．解析：(1)要测量装满水的水壶的重力，需记下水壶静止时电子秤的示数F.(2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时，也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1.(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O位置不能变化，力的方向也不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2.(4)根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差允许的范围内重合，则平行四边形定则得到验证．答案：(1)静止(2)三细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F′在误差允许的范围内重合7．(2014·高考江苏卷)小明通过实验验证力的平行四边形定则．(1)实验记录纸如图所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力