全国2018届高考物理考点一遍过专题08实验：验证平行四边形定则含解析

专题08 实验：验证平行四边形定则一、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、弹簧测力计两个、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的位置O，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。

二、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）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°之间为宜。

（3）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。

（4）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。

3．误差分析（1）误差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，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。

②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。

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白纸上记录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，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。

【参考答案】（1）3.6 （2）D （3）①减小弹簧测力计B的拉力；②减小重物M的质量（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）。

（3）对O点受力分析如图所示，可见若减小F OA，可调节F OB的大小或方向、调节OA方向或减小物重G等。

1．如图所示，某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物。

（1）为完成该实验，下述操作中必需的是________。

A．测量细绳的长度B．测量橡皮筋的原长C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度D．记录悬挂重物后结点O的位置（2）钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_____________。

【答案】（1）BCD （2）更换不同的小重物2．在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。

（1）某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A．两根细绳必须等长B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D．在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等E．在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置其中正确的是________（填入相应的字母）。

（2）“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1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力的示意图。

①图乙中的F与F′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．建立物理模型法丙（3）某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2，关于F1、F2与F、θ1和θ2关系正确的有________________________________________________________________________。

A．F1=4 N B．F=12 NC．θ1=45° D．θ1<θ2【答案】（1）CE （2）①F′②B （3）BC（2）F′是利用一个弹簧测力计将橡皮条拉到结点O位置的力，F是利用平行四边形定则作出的与F′作用效果相同的两个分力F1和F2的合力，所以沿AO方向的力一定是F′。

本实验中，需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效果相同，即采用了等效替代法。

（3）以F1和F2为邻边作平行四边形，如图所示，其对角线表示合力F，由图可知，F1=4 2 N，F=12 N，θ1=45°，θ1>θ2，所以选项BC正确。

1．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”。

三条细绳结于O点分别与两弹簧测力计和钩码相接。

（1）实验步骤如下：A．弹簧测力计A挂于固定在竖直木板上的P点；B．结点O下的细线挂钩码C；C．手持弹簧测力计B缓慢向左拉，使结点O静止在某位置；D．记下钩码质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、记录_______。

（2）在实验过程中下列哪些情况对实验结果产生误差的是_____（选填选项前的字母）。

A．木板不竖直B．A弹簧测力计外壳的重力C．B弹簧测力计的拉力方向没有保持水平D．改变弹簧测力计B拉力进行多次实验时，结点O的位置发生变化2．（1）在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。

实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。

下列说法正确的是________。

A．两次拉伸橡皮条，不需将橡皮条沿相同方向拉到相同长度B．两次拉伸橡皮条，需将橡皮条和绳的结点拉到相同位置C．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些D．弹簧测力计、细绳、橡皮条都要与木板平行3．（1）探究合力和分力的关系的实验原理是等效性原理，其等效性是指_______。

A．使两分力与合力满足平行四边形定则B．使两次橡皮筋伸长的长度相等C．使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点O重合D．使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变（2）如图所示，弹簧测力计的示数为___________ N。

4．某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧测力计通过细线悬吊一个钩码；当钩码静止时，弹簧测力计的示数为2.00 N；再用两个弹簧测力计a和b通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊，其中b弹簧测力计一端固定，a弹簧测力计所拉细线如图1所示水平向左，当钩码静止时，b弹簧测力计的示数如图2所示。

（1）图2中b弹簧测力计的示数为_______N；可求出a弹簧测力计的拉力为_______N；（2）保持a弹簧测力计及其所拉的细绳方向不变，将b及其所拉的细绳以O为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转到竖直方向，在此过程中，b的示数_____________。

（选填“变大”、“变小”或“不变”）5．（1）在做“探究求合力的方法”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，另一端系上两根带绳套的细绳。

实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套把橡皮条的一端拉到某一确定的O 点，则下列说法中正确的是________。

A．两根细绳必须等长B．同一次实验中，O点位置不允许变动C．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°D．本实验采用的科学方法是等效替代法（2）某同学用劲度系数为500 N/m的弹簧OC代替橡皮条做“探究求合力的方法”实验。

在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下：①若弹簧测力计a、b间夹角为90°，弹簧测力计a的读数是________N（图2中所示），则弹簧测力计b的读数可能为________N。

②若弹簧测力计a、b间夹角大于90°，保持弹簧测力计a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧测力计b与弹簧OC的夹角，则弹簧测力计b的读数________（填“变大”、“变小”或“不变”）。

6．实验小组的同学利用弹簧测力计在水平放置的方木板上做“验证共点力的合成规律的实验”。

（1）同学们用坐标纸记下某次橡皮筋的结点位置O以及两弹簧测力计施加的拉力的大小和方向，如图所示。

图中每个正方形小格边长均表示1.0 N，利用作图法可知F1与F2的合力大小为___________N。

（结果保留两位有效数字）（2）实验时，第一次用两个弹簧测力计、第二次用气一个弹簧测力计将橡皮筋的结点拉到同一位置，其目的是为了________。

（3）不改变测力计1的示数F1的大小，逐渐减小两个弹簧测力之间的夹角。

为使结点O位置保待不变，则另一测力计2的示数将__________ （填“增大”、“减小”或“不变”）。

7．某同学用如图所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。

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，如图示，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点的位置和拉线的方向。

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中B的示数为________ N。

（2）下列关于实验要求不正确的是_____。

A．拉线方向应与木板平面平行B．弹簧测力计应在使用前调零C．改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向D．与弹簧相连的细绳应尽量短些（3）该同学改变夹角做第二次实验时结点O的位置发生了改变，两测力计拉力的合力将_______（填“不变”或“改变”）。