备战2024年高考物理一轮重难点复习实验三：验证平行四边形定则（原卷版）

实验三：验证平行四边形定则一、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．二、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．三、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．四、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．五、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．知识一：教材原型实验【例1】“探究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，图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图。（1）本实验采用的科学方法是。A．理想实验法 B．放大法C．等效替代法 D．建立物理模型法（2）图乙中一定沿AO方向的力是（填“F”或“F'”）。（3）同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是。A．弹簧测力计与木板平面应平行B．橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上C．两根细绳必须等长D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些【例2】用如图甲所示装置做“研究共点力的合成”实验，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。（1）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（2）某次实验中，其中一个弹簧测力计的示数如图乙所示，则该弹簧测力计的拉力为N。（3）本实验中若用细长的橡皮筋替代两根绳套，你认为该办法是的。（填“可行”或“不可行”）知识二：创新型实验【例1】在进行“探究共点力合成的规律”的实验中，用如图（a）所示的两个力拉弹簧使之伸长至某一位置，并适当调整力的方向，使两力之间的夹角为90°。（图中钩码规格相同）（1）换用一根线牵引弹簧（图b），使弹簧的伸长量与两个力作用时相同，此时需要挂个与图甲中相同规格的钩码。（2）你对合力与分力遵循什么样的规律作出的猜想是。（3）本实验采用的科学方法是。A．理想实验    B．等效替代    C．控制变量    D．物理模型【例2】某学习小组利用如下方案探究两个互成角度的力的合成规律。如图（a）所示，竖直木板上固定有白纸，两个光滑的滑轮a、b固定在木板上同一高度处，三根细线在O点打结，细线1绕过滑轮a悬挂4个钩码，细线2绕过滑轮b悬挂3个钩码，弹簧测力计通过细线3拉结点O。最后在白纸上画出力的图示进行探究，钩码均相同。（1）实验过程中，下列做法符合要求的是。A．测量时，弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行B．测量时，弹簧测力计必须竖直向下拉细线3C．稳定后，应在白纸上记录结点O的位置、三根细线的方向及弹簧测力计的示数（2）读出弹簧测力计的示数为5.6N，三根细线的方向用在白纸上的投影点标记，如图（b）所示，请选择合适的标度，在图（b）中完成作图。当弹簧测力计单独悬挂5个相同的钩码时，读数为5.0N。（3）根据所作的图，得出的结论为。一、实验题1．如图甲所示是“探究力的平行四边形定则”的实验，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳套的结点，OB和OC为细绳套，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。（1）下列哪一个选项是不必要的实验要求？。（请填写选项前对应的字母）A．两个弹簧秤的夹角适当大些B．弹簧秤应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点在同一位置（2）本实验采用的科学方法是。（请填写选项前对应的字母）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）图乙中F与两力中，方向一定沿AO方向的是。（4）如图丙所示，在探究“共点力合成”的实验中，橡皮筋一端固定于P点，另一端连接两个弹簧秤，分别用F1与F2拉两个弹簧秤，将结点拉至O点，且F1与F2的夹角为锐角。现让F2大小增大、方向不变，要使结点仍位于O点，则F1的大小及图中β（β>90°）角的变化可能是。（请填写选项前对应的字母）A．增大F1的同时增大β角       B．减小F1的同时减小β角C．增大F1的同时减小β角       D．减小F1的同时增大β角2．用如图甲所示的装置做“验证力的平行四边形定则”实验，弹簧测力计B挂于竖直木板上的固定点C，下端用细线挂一重物M，手持弹簧测力计A拉结点O，分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉力的方向。（1）下列关于实验的要求正确的是()A．用铅笔顺着细线描出拉力的方向B．与弹簧测力计相连的细线应尽量长些C．弹簧测力计外壳与木板之间摩擦力对实验没有影响（2）图乙是测量时某弹簧测力计的示数，其示数为；（3）该同学改变两弹簧测力计的夹角做第二次实验时，结点O的位置发生了变化，与第一次相比两弹簧测力计拉力的合力将（填“不变”或“改变”）。3．某同学利用如图甲所示的装置来验证力的平行四边形定则，该同学的实验步骤为：①在竖直木板上铺上白纸，木板上固定两个光滑的定滑轮，两个物块通过轻绳被弹簧测力计拉住而处于静止状态，O为OA、OB、OC三根轻绳的结点，此时弹簧测力计读数如图乙所示，则N；②此实验还需记录的有；A．两个物块的重力   B．OA、OB、OC的方向   C．OA、OB、OC的长度③由记录的物理量选择合适的标度画平行四边形来验证结论是否成立；④改变弹簧测力计拉力的大小，重复实验，再次验证力的平行四边形定则时，（填“需要”或“不需要”）保证结点O的位置与第一次相同。4．某实验小组用橡皮筋验证力的平行四边形定则，实验步骤如下：①取三条规格相同的橡皮筋，用刻度尺测量并记录它们的自然长度；②用弹簧测力计分别将三条橡皮筋拉至相同的长度，若弹簧测力计的示数相同，则继续进行后续实验；③将三条橡皮筋的一端系在一起，再将其中两条的另一端分别固定在贴有白纸的水平木板上的M、N两点，如图所示；④将第三条橡皮筋的另一端P系一细绳，用力拉细绳，使三条橡皮筋的结点静止在某位置，在白纸上将该位置记作O，同时记录三条橡皮筋的方向和长度；⑤以结点位置O为起点，分别沿OM、ON方向和PO方向作出线段、、，使每条线段的长度与各自对应的橡皮筋的成正比。⑥以线段、为邻边作平行四边形，若对角线同线段重合，则说明两个力和它们的合力符合平行四边形定则。⑦重复以上实验步骤中的④⑤⑥，多做几次实验。请完成以下问题（1）以下说法正确的是。A．该实验所选用三条橡皮筋的自然长度要相等B．步骤②的目的是验证三条橡皮筋的劲度系数是否相同C．步骤④中拉细绳的力可以不与木板平行D．步骤⑦中多次实验结点静止时的位置O必须在同一位置（2）将步骤⑤填空中的答案填在答题卡对应的位置上；（3）若第二次实验同第一次相比较，OM、ON夹角不变，OM、OP的夹角变小；橡皮筋OP长度不变，则橡皮筋OM长度；则橡皮筋ON长度。（选填“变大”或“变小”或“不变”）5．某同学做“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）如果没有操作失误，图乙中的F与两力中，方向一定沿AO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（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和的图示，并用平行四边形定则求出合力FE．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，把橡皮条的结点拉到同一位置O，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的图示F．比较和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中，步骤C有重要遗漏，请你写出遗漏的内容是。6．某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的初始记录O点的位置和拉线的方向。（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为N。（2）下列不必要的实验要求是。（请填写选项前对应的字母）A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置（3）某次实验中，同学发现弹簧测力计的指针稍稍超出量程，请你提出两个解决办法。①②7．某兴趣小组的同学为了验证“两个互成角度的力的合成规律”，设计了一个实验方案，在圆形桌子桌面上平铺一张白纸，在桌子边缘安装三个光滑的滑轮（滑轮上侧所在平面与桌面平行），滑轮固定，滑轮可沿桌边移动，如图所示。可供选择的实验器材有：刻度尺、三角板、铅笔、白纸、一根橡皮筋、三根细线、质量相同的钩码若干。部分实验操作步骤如下：①将橡皮筋中央处和两端点分别与三根细线相连；②将连在橡皮筋中央的细线跨过固定滑轮，连接橡皮筋两端点的细线跨过可动滑轮；②在三根细线的下端分别挂上一定数量的钩码，使连在橡皮筋中央的细线与橡皮筋的结点O静止。（1）为完成本实验，下列物理量必须测量或记录的是。（填选项前字母）A．橡皮筋的原长    B．两端橡皮筋伸长后的长度C．钩码的质量    D．三根细线所挂钩码的个数（2）在完成本实验的过程中，下列操作或描述正确的是。（填选项前字母）A．连接橡皮筋两端点的细线长度必须相同B．细线必须在与夹角的角平分线上C．记录图中O点的莅置和、、的方问D．不改变所挂钩码的个数和的方向，改变与的夹角重复实验，O点不用在桌面上同一位置（3）实验中，若桌面不水平（填“会”或“不会”）影响实验的结论。8．某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”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