2015届高考物理大一轮精讲(要点解读回放+过程分析引导+实验典例

实验三 验证力的平行四边形定则

要点解读回放

一、实验目的 1.学会用弹簧测力计和细线测出力的大小与方向. 2.运用力的图示法探究互成角度的两个共点力合成时遵循平行 四边形定则. 二、实验原理 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位置， 所以力 F′就是这两个力 F1 和 F2 的合力， 作出力 F′的图示. 再根据平行四边形定则作出力 F1 和 F2 的合力 F 的图示， 比较 F 和 F′的大小和方向是否相同， 若相同，则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则. 三、实验器材 方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、 三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔.

过程分析引导

对应学生用书

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四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.并用图钉把橡皮 条的一端固定在 A 点，橡皮条的另一端拴一短绳，细绳的另一端 拴上两个细绳套. 2.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条， 使橡皮条伸长到某一位置 O,如图所示，记录两弹簧测力计的读 数，用铅笔描下 O 点的位置及此时两细绳套的方向.

3.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的 位置 O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向. 4.用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳套方向画直线，按选定 的标度作出这两只弹簧测力计的读数 F1 和 F2 的图示，并以 F1 和 F2 为邻边用刻度尺作平行四边形，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. 5.用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹 簧测力计的拉力 F′的图示. 6.比较一下，力 F′与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小 和方向是否相同.

每次实验保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两 个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方 法.由于力不仅有大小，还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相 同但结点位置不同，说明两次效果不同，不满足合力与分力的关 系，不能验证平行四边形定则.

五、注意事项 1.不要直接以橡皮条的端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套， 以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点 O 的位 置. 2.使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不能超过量程，拉 弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行.被测力的方向应与弹簧测力 计轴线方向一致，拉动弹簧时不可与外壳相碰或摩擦. 3.在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同. 4.两拉力 F1 和 F2 夹角不宜过小，做力的图示，

标度要一致. 5.读数时应正对、平视刻度.

六、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. 3.两个分力的起始夹角 α 太大，如大于 120° ,再重做两次实验， 为保证结点 O 位置不变(即保证合力不变),则 α 变化范围不大， 因而测力计示数变化不显著，读数误差大. 4.作图比例不恰当造成作图误差.

实验典例突破

[例 1] “探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中 A 为固定橡皮筋的图钉，O 为橡皮筋与细线的结点，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)图乙中的________是力 F1 和 F2 的合力的理论值；________是 力 F1 和 F2 的合力的实际测量值.

(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发 生变化？答：________.(选填“变”或“不变”). (3)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)用平行四边形定则作图得到的是合力的理论值，即F; 直接测量得到的是合力的实际测量值，即 F′. (2)细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力F1、F2,换用橡皮 筋拉结果是一样的. (3)力的合成与分解使用的是等效替代法，B正确. [答案] (1)F F′ (2)不变 (3)B

[规范思维] 直接测得的是实际测量值，方向一定沿橡皮筋AO 的方向，而用平行四边形作图得到的是实验的理论值即 F,由于 实验误差的存在，F与F′是不一定重合的.

[例 2] (2014 年天津模拟)如图所示，某小组同学利用 DIS 实验装 置研究支架上力的分解.A、B 为两个相同的双向力传感器，该 型号传感器在受到拉力时示数为正，受到压力时示数为负.A 连 接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动.B 固定不动， 通过光滑铰链连接长 0.3 m 的杆.将细绳连接在杆右端 O 点构成 支架，保持杆在水平方向，按如下步骤操作：

①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ; ②对两个传感器进行调零； ③用另一细绳在 O 点悬挂一个钩码，记录两个传感器的示数； ④取下钩码，移动传感器 A 改变 θ 角.

重复上述①②③④,得到下表所示数据. F1/N 1.001 0.580 1.002 F2/N -0.868 -0.291 0.865 θ 30° 60° 150° (1) 根 据 表 格 ， A 传 感 器 对 应 的 是 表 中 力 ________( 填 “F1” 或 “F2”). 钩码质量为________kg(保留 1 位有效数字， g 取 10 m/s2). (2) 本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是 ( ) A.因为事先忘

记调零 B.何时调零对实验结果没有影响 C.为了消除横杆自身重力对结果的影响 D.可以完全消除实验的误差

[解析] (1)根据题意可知A传感器中的力均为正值，故A传感 器对应的是表中力F1,平衡时有mg=F1sin θ,当θ=30°时， F1=1.001 N,可求得m=0.05 kg.(2)在挂钩码之前，对传感器 进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果产生的影响，故 C 正确. [答案] (1)F1 0.05 (2)C