【期末专题复习】人教版(2019)物理必修1-高一上学期期末专题点拨与训练：第22讲 验证力的平行四边形定则

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第22讲 验证力的平行四边形定则实验基本技能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同。2.实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔。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.如图甲所示。（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的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，如图乙所示。（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同。方法规律总结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，读数应尽量大些，但不能超出范围。（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.结点（1）定位O点时要力求准确；（2）同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须保持位置不变。2.拉力（1）用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；（2）应使橡皮筋、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；（3）两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。3.作图（1）在同一次实验中，选定的比例要相同；（2）严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。3.误差分析1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差；2.使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差；3.两次测量拉力时，橡皮筋的结点没有拉到同一点会造成偶然误差；4.两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差。【例题1】在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，如图（a）所示，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的自然长度为GE，在图（b）中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2，改用一个力F′单独拉住小圆环，如图（c）所示，仍然使它处于O点。力F′单独作用，与F1、F2共同作用的效果是一样的，都能使小圆环在O点保持静止。（1）甲同学在某次实验中，记录了拉力F1、F2的大小及方向，并将它们的图示作在如图（d）所示的方格纸中，已知方格纸每个正方形小格的边长代表2 N。请你在图（d）中利用作图法作出F1、F2的合力F________，并由图可得F的大小为________N。（2）乙同学用力的图示法分别描述F′、F1、F2的大小及方向，以F1、F2为邻边，作平行四边形，得其对角线为F，如图（e）所示。则力F1、F2合力的理论值是________，实际测量值是________。（以上两空选填“F”或“F”）【例题2】某实验小组用橡皮条与弹簧秤验证“力的平行四边形定则”，实验装置如图甲所示。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。实验主要的步骤如下：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。读出两个弹簧测力计的示数，记下两条细绳的方向；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合；E.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，按某一标度作出这个力F合′的图示；F.比较F合′和F合的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。（1）上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号和遗漏的内容分别是___________和___________；②有叙述内容错误的序号及正确的说法分别是___________和_______。（2）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图甲中弹簧测力计的示数为_______N；（3）实验中，下列要求不必要的是________。（请填写选项前对应的字母）A．实验前测量橡皮条原长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．多次重复试验时，每次都要使结点O在同一位置，实验过程中橡皮条与弹簧秤都不能超过弹性限度（4）根据实验结果作出力的图示如图乙所示。在图乙中用一只弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示为_______；它的等效力是________。【例题3】某同学在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水总质量m=1kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验验证力的平行四边形定则，同时测出弹簧的劲度系数k。其操作如下：a、将弹簧P上端固定，让其自然下垂，用刻度尺测出此时弹簧P的长度；b、将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度，如图甲所示，则=___________cm；c、在细绳和弹簧Q的挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢的拉起弹簧Q，使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°，测出弹簧Q的长度及其轴线与竖直方向夹角为θ，如图乙所示；（1）取，则弹簧P的劲度系数k=___________N/m；（2）若要验证力的平行四边形定则，和θ需满足的条件是=___________cm，θ=___________（3）若减小两弹簧秤上端悬点的水平距离，弹簧Q的弹力大小怎么变化？__________（填：“变大，变小，或不变”）1．在做“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中，以下说法中正确的是（　　）A．用两个弹簧测力计拉小圆环时，两细绳之间的夹角必须为90°，以便求出合力的大小B．用两个弹簧测力计拉小圆环时，小圆环的位置必须与用一个弹簧测力计拉时小圆环的位置重合C．若用两个弹簧测力计拉时合力的图示F与用一个弹簧测力计拉时拉力的图示F′不完全重合，说明力的合成的平行四边形定则不一定是普遍成立的D．同一实验过程中，小圆环所处的位置O允许变动2．某同学在研究力的合成和分解实验时，固定好两只定滑轮，钩码通过细绳绕过滑轮，在细绳的某处A系上一个绳套，将弹簧秤钩在绳套上竖直向下用力拉，使系统平衡，如图所示。若，每个钩码的重力大小为，不计摩擦，则关于弹簧秤的示数说法正确的是（　　）A． B． C． D．3．如图所示，某同学探究两个互成角度力的合成规律。轻质小圆环挂在橡皮条一端，另一端固定在A点。通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到力F1、F2的共同作用，处于O点。撤去F1、F2，改用一个力F单独拉住小圆环，仍使它处于O点。实验中用到的物理学思想方法是等效替代法，其中“等效性”体现在（　　）A．F1、F2与F满足平行四边形定则B．两次拉动小圆环过程中，使橡皮条伸长的长度相等C．两次拉动小圆环过程中，使弹簧测力计的形变相同D．两次拉动小圆环过程中，使小圆环都处于O点4．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”、“验证力的平行四边形定则"的实验中，经常采用下图的实验装置。关于这两个实验的说法，正确的是（　　）A．“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，应将弹簧放置水平桌面测量原长B．“验证力的平行四边形定则”实验体现了“控制变量”的物理思想C．“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，弹簧的弹力可由所挂钩码的重力求出D．“验证力的平行四边形定则”实验中，利用平行四边形定则作出的合力一定沿着AO方向5．如图所示，在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上A点，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端的结点从O1拉到确定位置O点，在这实验过程中，以下说法正确的是答∶       。A．实验中，前后两次应把橡皮条的另一端结点从O1拉到同一位置OB．弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度C．把另一端拉到O点时，两弹簧秤间的夹角必须取90°D．画力的平行四边形时，平行四边形的边应尽可能画短些，因为这样做可以减小误差6．某实验小组用弹簧测力计和量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计的实验装置如图所示。固定在竖直木板上的量角器直边水平，橡皮筋一端固定在量角器圆心O的正上方A点，另一端系绳套1和绳套2。（1）实验步骤如下：①弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达O点，记下弹簧测力计的示数F；②弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点再次到达O点，此时绳套1沿0°方向，绳套2沿120°方向，此时弹簧测力计的示数为F1；③根据力的平行四边形定则计算出绳套1的拉力F1′=________；④比较________，即可初步验证力的平行四边形定则。（2）将绳套1由0°方向缓慢转动到60°方向，同时保持绳套2沿120°方向不变，此过程中仍旧保持橡皮筋的结点在O点不动，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是________。A．逐渐增大     B．先增大后减小 C．逐渐减小   D．先减小后增大7．某同学做“探究两个互成角度的力的合力”的实验，将白纸用图钉固定在木板上，再把橡皮条的一端固定在水平木板A处，另一瑞系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要用两种方式拉伸橡皮条：①用两把弹簧秤通过两根细绳互成角度地拉橡皮条；②用一把弹簧秤通过细绳拉橡皮条。每次拉伸均使橡皮条和细绳套的结点到达白纸上同一位置O。（1）本实验采用的科学方法是___________（填选项前的字母）A．理想实验    B．等效替代    C．控制变量    D．微元求和（2）关于该实验，下列说法正确的是___________（填选项前的字母）。A．两根细绳之间的夹角可以取30°、60°、90°等特殊值，以方便计算两把秤拉力的合力B．尽管实验前已经将弹簧秤竖直悬挂准确进行了调零，但弹簧和秤钩的重力依然会在实验中带来系统误差C．两把秤互拉时读数虽然相同但发现秤的读数比对应的真实力偏小。不计弹簧秤的零误差，上述偏差对分析分力与合力间的关系不会产生影响D．如果实验过程中白纸没有固定牢并发生了挪动，对实验不会产生不良影响（3）在该同学的某次实验中，弹簧秤B、C的位置如图甲所示，此时弹簧秤B指针位置如图乙所示请根据图示信息指出这位同学在该次实验中存在的不足（需指出其中两项）：①___________；②___________。8．（1）如图所示，同时使用两只弹簧测力计通过细绳将橡皮条的另一端拉至O点，分别记录两个拉力的大小和方向，其中一只弹簧测力计的示数如图所示，则其示数为___________N。（2）关于本实验，下列说法正确的是___________。A．细绳尽可能短一些                        B．橡皮条的伸长量越大越好C．拉两个细绳时，两拉力夹角越大越好        D．拉细绳时，拉力应尽量与木板平行（3）本实验采用的科学方法是___________。A．理想实验法        B．控制变量法        C．等效替代法 D．建立物理模型法9．某同学在“测定弹簧的劲度系数和验证力的平行四边形定则”的实验中：（1）如图甲所示，将一轻质弹簧悬挂在支架上，使刻度尺竖直放置调节支架、弹簧上的指针与刻度尺上的“0”刻线对齐。在弹簧下的小钩上悬挂质量均为的钩码，得到的图像如图乙所示，则该弹簧的劲度系数为______。（计算结果保留2位有效数字，当地重力加速度大小为。）（2）用上述弹簧和钩码搭建如图丙所示的实验装置，实验中保持定滑轮、弹簧和线共面，测得此时，，则弹簧的拉力大小为=______。