（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二章 實驗二 力的平行四邊形定則講義（含解析）

（江蘇專版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二章 實驗二 力的平行四邊形定則講義（含解析）一、實驗?zāi)康?驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則。2學(xué)會用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出實驗結(jié)論。二、實驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、鉛筆。突破點(一)實驗原理與操作例1某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F兩力中，方向一定沿AO方向的是_。(2)本實驗采用的科學(xué)方法是_。A理想實驗法B等效替代法C控制變量法 D建立物理模型法(3)實驗時，主要的步驟是：A在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O。記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E只用一只彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力F的圖示；F比較F和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中：有重要遺漏的步驟的序號是_和_；遺漏的內(nèi)容分別是_和_。答案(1)F(2)B(3)CE記下兩條細(xì)繩的方向把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O由題引知·要點謹(jǐn)記1.實驗原理的理解對應(yīng)第(1)(2)題(1)用一個彈簧測力計拉橡皮條時，拉力F的方向一定沿AO方向。(2)因存在誤差(讀數(shù)誤差、作圖誤差等)，由平行四邊形定則作出的合力不一定沿AO方向。(3)本實驗中一個彈簧測力計的作用效果與兩個彈簧測力計的共同作用效果相同，具有等效替代關(guān)系。2.實驗操作步驟對應(yīng)第(3)題(1)兩次拉橡皮條時結(jié)點O完全重合，以保證力F1、F2的合力與F的作用效果相同。(2)實驗過程中要同時記錄彈簧測力計的示數(shù)及拉力方向。集訓(xùn)沖關(guān)1(2019·蘇州月考)某物理興趣小組自行設(shè)計裝置，開展實驗“探究求合力的方法”。用一木板豎直放在鐵架臺和彈簧所在平面后，其部分實驗操作如下：a先用兩個鉤碼掛于彈簧末端，在木板上記下末端的位置O(如圖甲所示)；b卸下鉤碼然后將兩繩套OA、OB系在彈簧末端，用兩彈簧測力計勾住繩套將彈簧末端拉到同一位置O(如圖乙所示)，記錄相關(guān)內(nèi)容；c根據(jù)步驟b中所記錄的內(nèi)容，在坐標(biāo)紙上畫出兩彈簧測力計拉力FA、FB，再根據(jù)已知的鉤碼重力，在坐標(biāo)紙上畫出彈簧所受的鉤碼拉力F(如圖丙所示)。請完成下列相關(guān)內(nèi)容：(1)步驟b中，需要記錄兩彈簧測力計相應(yīng)的讀數(shù)和_，要將彈簧末端拉到同一位置O，這里體現(xiàn)的科學(xué)方法是_；(2)請你用作圖工具在圖丙中作出FA、FB的合力F；(3)最后觀察比較F和F，得出結(jié)論后，組員們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是_。A實驗要選用自重較小的彈簧B彈簧測力計、細(xì)繩、彈簧都應(yīng)與木板平行C兩繩套OA、OB要適當(dāng)長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些D用兩彈簧測力計同時拉細(xì)繩時兩彈簧測力計示數(shù)之差應(yīng)盡可能大解析：(1)步驟b中，需要記錄兩彈簧測力計相應(yīng)的讀數(shù)和兩繩套的方向，合力與分力是等效替代的關(guān)系，在探究求合力方法的實驗中使用了等效替代的思想。(2)如圖所示。(3)本實驗是驗證合力與分力的關(guān)系，與彈簧的自重?zé)o關(guān)，故A錯誤； 測量力的實驗要求盡量準(zhǔn)確，為了減小實驗中因摩擦造成的誤差，操作中要求彈簧測力計、細(xì)繩、彈簧都應(yīng)與木板平行，故B正確；為了更加準(zhǔn)確的記錄力的方向，拉彈簧的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些，故C正確；用兩彈簧測力計同時拉細(xì)繩時彈簧測力計示數(shù)沒有要求，只要使得兩次彈簧拉伸到一點就行，故D錯誤。所以選B、C。答案：(1)兩繩套的方向等效替代(2)見解析(3)BC2(2018·徐州期中)某同學(xué)為了驗證力的平行四邊形定則，準(zhǔn)備了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩套、白紙、釘子等器材。操作步驟如下：a把三根橡皮筋的一端系在一起，另一端分別系一個細(xì)繩套；b將白紙固定在木板上，在木板上釘兩個釘子，將任意兩個橡皮筋上的繩套分別套在兩釘子上；c立起木板，將重物掛在剩下的一個繩套上，如圖甲所示；d記錄下三根橡皮筋的長度和橡皮筋結(jié)點的位置O及每個細(xì)繩的方向；e取下白紙，利用橡皮筋的伸長量作為拉力大小，畫出受力圖，驗證力的平行四邊形定則；f換用不同的重物重復(fù)實驗。(1)此實驗還需 _；A測量重物的質(zhì)量B記錄下兩個釘子的位置C測量橡皮筋的原長(2)某次實驗，測得三根橡皮筋的伸長量及方向。把橡皮筋的伸長量作為拉力大小，作出力的圖示，如圖乙所示，請任選兩個力，根據(jù)平行四邊形定則作出合力；(3)在(2)問作出的圖中，根據(jù)_可以說明力的合成滿足平行四邊形定則；(4)如果換用不同的重物再次重復(fù)該實驗，_ (填“需要”或“不需要”)改變釘子的位置，使橡皮筋的結(jié)點回到原來的O點。解析：(1)實驗中使用了三根相同的橡皮筋，故彈力與橡皮筋伸長量成正比，即伸長量的大小表示彈力的大小，故只需要測量三根橡皮筋的伸長量即可，故A錯誤；在以上步驟中已經(jīng)記錄了每條細(xì)繩的方向，不需要記錄兩個釘子的位置，故B錯誤；本實驗以橡皮筋的伸長量來作平行四邊形，步驟d中測量了橡皮筋懸掛重物后的長度，要計算伸長量，需要測量橡皮筋的原長，故選C。(2)根據(jù)平行四邊形定則作出合力，如圖所示。(3)根據(jù)平行四邊形定則作出任意兩根橡皮筋的彈力的合力，當(dāng)合力與第三根橡皮筋的彈力的大小近似相等，方向近似相反時，即說明力的合成滿足平行四邊形定則。(4)因為該實驗是利用橡皮筋的伸長量作為拉力大小，畫出受力圖，驗證力的平行四邊形定則；如果換用不同的重物再次重復(fù)該實驗，不需要改變釘子的位置，也不需要使橡皮筋的結(jié)點回到原來的O點。答案：(1)C(2)見解析(3)作出的合力大小與另一個力的大小近似相等，方向近似相反(4)不需要突破點(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2在“探究求合力的方法”實驗中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮條、細(xì)繩套和一只彈簧測力計。(1)為完成實驗，某同學(xué)另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)，得到的實驗數(shù)據(jù)如下表：彈力F(N)0.501.001.502.002.503.003.50伸長量x(102 m)0.741.802.803.724.605.586.42請在圖中畫出圖像，并求得該彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m。(2)某次實驗中，彈簧測力計的指針位置如圖所示，其讀數(shù)為_ N; 同時利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N，請在虛線框內(nèi)畫出這兩個共點力的合力F合的圖示。(3)由畫出的圖示得到F合_ N。(4)某次實驗中甲、乙兩位同學(xué)得到的結(jié)果如圖所示，其中_同學(xué)的實驗結(jié)果比較符合實驗事實(力F是用一只彈簧測力計拉橡皮條時拉力的圖示)。(5)在以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學(xué)的實驗中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況)答：_。由題引知·要點謹(jǐn)記1.圖像法處理數(shù)據(jù)對應(yīng)第(1)題(1)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)時，要注意F軸和x軸的標(biāo)度選擇。(2)連線時要遵循連線原則。(3)利用kf(F,x)求彈簧的勁度系數(shù)時，兩點的坐標(biāo)應(yīng)盡量遠(yuǎn)些。3.實驗數(shù)據(jù)處理對應(yīng)第(3)(4)題(1)作圖時要選好標(biāo)度。(2)合力F合的大小要根據(jù)所選標(biāo)度和對角線的長度計算得出。 答案(1)如圖(a)所示55(±2內(nèi)均可)(2)2.10(±0.02內(nèi)均可)如圖(b)所示(3)3.4(±0.2內(nèi)均可)(4)甲(5)FC讀數(shù)比真實值偏??；確定力的方向不準(zhǔn)確、作圖不精確集訓(xùn)沖關(guān)3.(2019·靖江質(zhì)檢)“探究合力和分力的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)實驗裝置如圖所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩。(1)本實驗采用的科學(xué)方法是_。A等效替代法B理想實驗法C控制變量法D建立物理模型法(2)為了減小實驗誤差，以下觀點正確的有_。A兩根細(xì)線應(yīng)該適當(dāng)長些B在不超出彈簧測力計量程情況下，拉力應(yīng)該適當(dāng)大些C兩根彈簧測力計拉力方向應(yīng)該盡量接近垂直D記錄拉力方向時可以用鉛筆貼著細(xì)線畫直線表示(3)如圖為該同學(xué)完成測量后留在白紙上的實驗情況記錄圖，圖中點P1、P2分別是用筆在 OB繩和OC繩正下方標(biāo)記的點，P是單獨用一根彈簧測力計拉時用筆在細(xì)繩正下方標(biāo)記的點，相應(yīng)彈簧測力計的讀數(shù)也標(biāo)在圖上，請根據(jù)給定的標(biāo)度，盡可能準(zhǔn)確地作出兩個分力F1、F2和合力F的力的圖示。解析：(1)探究合力和分力的關(guān)系實驗的原理是合力單獨作用時的作用效果與分力同時作用時的作用效果相同，所以本實驗所采用的科學(xué)方法是等效替代法，故選A。(2)兩根細(xì)線適當(dāng)長些，在確定力的方向時，誤差較小，故A正確；在不超出彈簧測力計量程情況下，拉力適當(dāng)大些，橡皮筋形變量明顯，確定拉力方向和作圖時，誤差較小，故B正確； 不需要兩根彈簧測力計拉力方向一定接近垂直，故C錯誤； 記錄拉力方向時用鉛筆貼著細(xì)線畫直線時，細(xì)線位置容易改變，誤差較大，故D錯誤。(3)根據(jù)力的圖示做出兩分力F1、F2，根據(jù)平行四邊形定則做出合力如圖所示。答案：(1)A(2)AB(3)如圖見解析4(2018·高郵期中)請完成“驗證力的平行四邊形定則”實驗的相關(guān)內(nèi)容。(1)如圖甲所示，在鋪有白紙的水平木板上，橡皮條一端固定在A點，另一端拴兩個細(xì)繩套。(2)如圖乙所示，用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點伸長到某位置并記為O點，記下此時彈簧測力計的示數(shù)F1和F2及_。(3)如圖丙所示，用一個彈簧測力計拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點拉到O點，記下此時彈簧測力計的示數(shù)F_N和細(xì)繩的方向。(4)如圖丁所示，已按一定比例作出了F1、F2和F的圖示，請用作圖法作出F1和F2的合力F。(5)F與F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差僅由F1引起，則原因是F1的大小比真實值偏_(填“大”或“小”)或F1與F2的夾角比真實夾角偏_(填“大”或“小”)。解析：(2)實驗時用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點伸長到某位置并記為O點，記下此時彈簧測力計的示數(shù)F1和F2及兩細(xì)繩的方向；(3)分度值為0.1 N，要估讀到分度值下一位，彈簧測力計的示數(shù)為3.00 N；(4)由力的圖示作出F1和F2的合力；(5)F與F大小相等，方向略有偏差，此偏差僅由F1引起，F(xiàn)2為真實值，合力的真實值為F，F(xiàn)1為測量值，由圖可知，F(xiàn)1的大小比真實值偏大或F1的方向與F2的方向夾角比真實值偏大。答案：(2)兩細(xì)繩的方向(3)3.00(4)由力的圖示根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F，圖見解析(5)大大突破點(三)實驗的改進與創(chuàng)新例3某同學(xué)通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟：將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50 N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O，橡皮筋的拉力記為FO O。在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到O點，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。完成下列作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖中畫出F­l圖線，根據(jù)圖線求得l0_cm。(2)測得OA6.00 cm，OB7.60 cm，則FOA的大小為_N。(3)根據(jù)給出的標(biāo)度，在圖中作出FOA和FOB的合力F的圖示。(4)通過比較F與_的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。由題引知·要點謹(jǐn)記2實驗原理的創(chuàng)新對應(yīng)題干部分(1)兩次將秤鉤的下端拉至O點，保證兩次作用效果相同。(2)秤鉤上涂抹少許潤滑油，橡皮筋兩側(cè)彈力大小相同，均等于橡皮筋中的彈力。3實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新對應(yīng)第(1)(2)題在驗證力的平行四邊形定則的實驗中，同時測量橡皮筋的勁度系數(shù)和原長。4.還可以從以下兩個方面創(chuàng)新：(1)使用力的傳感器用力傳感器確定各力的大小，同時確定細(xì)繩中拉力的方向，再結(jié)合力的圖示作圖驗證平行四邊形定則。(2)鉤碼彈簧測力計。解析(1)在坐標(biāo)系中描點，用平滑的曲線(直線)將各點連接起來，不在直線上的點均勻分布在直線的兩側(cè)。如圖甲所示，由圖線可知與橫軸的交點l010.0 cm。(2)橡皮筋的長度lOAOB13.60 cm，由圖甲可得F1.80 N，所以FOAFOBF1.80 N。(3)利用給出的標(biāo)度作出FOA和FOB的圖示，然后以FOA和FOB為鄰邊的平行四邊形，對角線即為合力F，如圖乙。(4)FO O的作用效果和FOA、FOB兩個力的作用效果相同，F(xiàn)是FOA、FOB兩個力的合力，所以只要比較F和FO O的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。答案(1)如圖甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均可)(2)1.80(1.701.90均可)(3)如圖乙所示(4)FO O集訓(xùn)沖關(guān)5.某同學(xué)在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到兩條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子，設(shè)計了如下實驗：將兩條橡皮筋的一端用細(xì)繩連接于結(jié)點O，兩條橡皮筋的另一端分別掛在墻上的釘子A及重物C上，同時用一條細(xì)繩一端與結(jié)點O相連，另一端用釘子B固定在墻上。(1)為完成該實驗，下述操作中必需的是_。A測量細(xì)繩OB的長度B測量橡皮筋的原長C測量懸掛重物后橡皮筋的長度D記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置E記錄細(xì)繩OB的位置F使橡皮筋OA、細(xì)繩OB交換位置并保持O點位置不變，再重新固定細(xì)繩和橡皮筋，測量橡皮筋的長度(2)要完成該實驗，該同學(xué)在操作過程中，對減小實驗誤差有益的做法是_。A兩橡皮筋必須等長、粗細(xì)相同B細(xì)繩、橡皮筋都應(yīng)與豎直墻面平行C橡皮筋伸長量應(yīng)盡可能大D拉橡皮筋的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些解析：(1)要驗證平行四邊形定則，需要測量力的大小和方向，故需要測量橡皮筋的原長及拉伸后的長度，因橡皮筋的勁度系數(shù)相同，根據(jù)橡皮筋的形變量可以測出三個力的比例關(guān)系，從而作出力的圖示，進而驗證平行四邊形定則，由實驗原理知，必需的操作為BCDEF。(2)因為要根據(jù)橡皮筋的形變量確定力的大小，故必須保證橡皮筋完全相同；要保證測量誤差較小，還需要保證三個力在一個平面內(nèi)；在標(biāo)記力的方向時，應(yīng)使所描兩點的距離較大，減小作圖時的誤差，故A、B、D正確。答案：(1)BCDEF(2)ABD6.(2018·連云港模擬)某實驗小組用一只彈簧秤和一個量角器等器材驗證力的平行四邊形定則，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處，另一端系繩套1和繩套2，主要實驗步驟如下：.彈簧秤掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達O點處，記下彈簧秤的示數(shù)F；.彈簧秤掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點到達O處，此時繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，記下彈簧秤的示數(shù)F1；.根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1_；.比較_ 即可初步驗證；.只改變繩套2的方向，重復(fù)上述試驗步驟?；卮鹣铝袉栴}：(1)完成實驗步驟：_；_。(2)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動到60°方向，同時繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動到180°方向，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點在O處不動，保持繩套1和繩套2的夾角120°不變，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是_(填選項前的序號)。A逐漸增大B先增大后減小C逐漸減小 D先減小后增大解析：(1)根據(jù)平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1Ftan 30°，通過比較F1和F1，在誤差范圍內(nèi)相同，則可初步驗證。(2)兩個繩套在轉(zhuǎn)動過程中，合力保持不變，根據(jù)平行四邊形定則畫出圖像，如圖所示，根據(jù)圖像可知，繩套1的拉力大小逐漸增大，故A正確。答案：(1)F1和F1(2)A7某實驗小組選擇了日常生活中使用的電子秤、保溫水壺、細(xì)線、墻釘和白紙等物品，做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗。他們將水壺裝上適量的水，如圖甲所示，將三根細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺帶子上。(1)如圖甲所示，拉動電子秤使細(xì)線L1沿水平方向，此時在白紙上用鉛筆記下細(xì)線結(jié)點的位置O、L2方向和_；(2)如圖乙所示，將另一顆墻釘釘在L2方向上的B點并將L2拴在其上。手握電子秤沿著水平方向向右拉開細(xì)線L1、L2，使細(xì)線結(jié)點重新回到_位置并記下電子秤的示數(shù)；(3)如圖丙所示，在電子秤下端懸掛水壺，記下電子秤的示數(shù)F。取下白紙按一定標(biāo)度作出拉動細(xì)線L1、L2力的圖示，并根據(jù)平行四邊形定則作出合力F的圖示，若_，則平行四邊形定則得到驗證。解析：(1)拉動電子秤使細(xì)線L1沿水平方向，此時在白紙上用鉛筆記下細(xì)線結(jié)點的位置O、L2方向和電子秤的示數(shù)。(2)將另一顆墻釘釘在L2方向上的B點并將L2拴在其上。手握電子秤沿著水平方向向右拉開細(xì)線L1、L2，使細(xì)線結(jié)點重新回到O位置并記下電子秤的示數(shù)，保證L2的拉力與圖甲中相同。(3)在誤差允許的范圍內(nèi)，若兩拉力的合力與水壺的重力大小相等，即與F大小相等，平行四邊形定則得到驗證。答案：(1)電子秤的示數(shù)(2)O(3)在誤差允許的范圍內(nèi)FF