第二章 实验三 验证力的平行四边形定则

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(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位置 O 点，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．
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创新角度
实验装置图
创新解读
实验过 程的创新
1.已知合力的大小和方向、一个分力的大小和方向 及另一个分力的方向，求该分力的大小． 2.保证一弹簧秤的方向不变，改变另一弹簧秤的施
力方向，确定两弹簧秤读数的变化 (2016·高考浙江卷)
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(2)结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力 ——橡皮筋的拉力等大反向，是一对平衡力，橡皮筋的拉力不是合力，故 B 错；两 分力可以同时大于合力，而橡皮筋的拉力与两弹簧测力计的拉力的合力等大，故 A 对；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同，故 C 对；若两个分力的大小 变化而方向都不变，则合力必定变化，故 D 错． (3)作图法得到的 F 必为平行四边形的对角线，单个弹簧测力计的拉力 F′一定与橡 皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实．
第二章 相互作用 实验三 验证力的平行四边形定则
C
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一、实验目的 1．会使用弹簧测力计． 2．验证互成角度的两个力合成时是否符合平行四边形定则．
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解析：(1)由测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N. (2)(ⅰ)利用平行四边形定则作图；(ⅱ)由图可知 F 合＝4.0 N，从 F 合的顶点向 x 轴和 y 轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为 1 mm，顶点的纵坐标长度为 20 mm，则可 得出 F 合与拉力 F 的夹角的正切值为 0.05.
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(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中________的实验比 较符合实验事实．(力 F′是用一个弹簧测力计拉时的图示) 解析：(1)用平行四边形定则作图，即以 F1、F2 为两邻边作平行四边形，对角线就表 示合力 F(标上箭头表明方向)．
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[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，读数应尽量大一些，但不能超出其量程． (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．
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(1)试在图甲中作出无实验误差情况下 F1 和 F2 的合力图示，并用 F 表示此力． (2)有关此实验，下列叙述正确的是________． A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置 O，这样做的目的是保证两次弹 簧测力计拉力的效果相同 D．若只增大某一个弹簧测力计的拉力的大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需要 调整另一个弹簧测力计的拉力的大小即可
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1.用传感器的读数替代弹簧测力计的读数． 2.钩码的重力替代弹簧测力计的拉力
(2020·河南洛阳模拟)
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3.(2016·高考浙江卷)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹 簧 OC 的劲度系数为 500 N/m.如图甲所示，用弹簧 OC 和弹簧秤 a、b 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：
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3．误差分析 (1)用两个测力计拉橡皮条时，若橡皮条、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)作图比例不恰当造成作图误差．
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考点一 教材原型实验 1．[实验原理与操作] 李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐 标纸记下了橡皮筋的结点位置 O 以及两个弹簧测力计拉力的大小，如图甲所示．
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解析：(1)由题图可知弹簧秤 a 的读数是 F1＝3.00 N；因合力为 F＝kx＝500×0.01 N ＝5 N，两分力的夹角为 90°，则另一个分力的大小即弹簧秤 b 的读数为 F2＝ F2－F21 ＝4.00 N. (2)由于保持弹簧伸长量不变，则两弹簧秤的拉力的合力不变．若 弹簧秤 a、b 间的夹角大于 90°，保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角 不变，减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角，根据力的平行四边形定 则可知，弹簧秤 a 的读数变大，弹簧秤 b 的读数变大．
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(ⅱ)F 合的大小为________ N，F 合与拉力 F 的夹角的正切值为________． 若 F 合与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证 了力的平行四边形定则．
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2．数据处理——作图法 在“探究求合力的方法”实验中，由作图法得到的合力 F 与实际测量得 到的合力 F′不可能完全重合，只要在误差范围内可以认为合力 F 与合 力 F′重合即可验证平行四边形定则，如图所示．
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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.
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(1)若弹簧秤 a、b 间夹角为 90°，弹簧秤 a 的读数是________ N(如图乙中所示)，则 弹簧秤 b 的读数可能为________ N. (2)若弹簧秤 a、b 间夹角大于 90°，保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变，减小弹簧 秤 b 与弹簧 OC 的夹角，则弹簧秤 a 的读数________、弹簧秤 b 的读数________(选 填“变大”“变小”或“不变”)．
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答案：(1)4.0 (2)(ⅰ)F1、F2 和 F 合如图所示 (ⅱ)4.0 0.05
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规律总结 1．实验操作 (1)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具 有等效替代关系，两次拉橡皮条时结点 O 完全重合，以保证力 F1、F2 的合力与 F 的 作用效果相同． (2)实验过程中要同时记录弹簧测力计的示数及拉力方向．
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二、实验原理与要求
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[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、细绳套、弹簧测力计(2 个)、三角板、刻度尺．
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考点二 实验创新设计 在验证力的平行四边形定则的实验中，试题往往避开课本中固定的实验模式，另辟 蹊径，通过变换实验装置，变换操作方法，达到验证实验的目的，灵活考查学生利 用课本知识解决实际问题的能力．
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3．误差分析 (1)误差来源：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盘，要按有效数字位数要求 和弹簧测力计的精度正确读数和记录． ②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力线段的对边一定要与表示两力 的线段平行．
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实验原 理的创新
1.将橡皮筋和弹簧秤的实验角度互换． 2.秤钩上涂抹少许润滑油，保证了橡皮筋两侧弹力
大小相同，与两侧橡皮筋长度大小无关
(2015·高考山东卷)
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答案：(1)如图所示
(2)AC (3)张华
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2．[数据处理与分析] (2017·高考全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定 则”实验，将画有坐标轴(横轴为 x 轴，纵轴为 y 轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在 水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点(位于图示部分之 外)，另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时，橡皮筋处于原长． (1)用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O.此时拉力 F 的大小可 由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F 的大小为________ N.
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(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋 P 端回到 A 点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次 将 P 端拉至 O 点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力 计的示数读出两个拉力的大小分别为 F1＝4.2 N 和 F2＝5.6 N. (ⅰ)用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以 O 为作用点，在图(a)中画出力 F1、F2 的 图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力 F 合；
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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°为宜． (3)在合力不超出弹簧测力计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，画力的图示时选定的标度要相同，并且要恰当选定 标度，使力的图示稍大一些．
答案：(1)3.00(2.99～3.01 均可) 4.00(3.99～4.01 均可) (2)变大 变大
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4．(2015·高考山东卷)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则． 实验步骤： ①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向． ②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端 用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡 皮筋两端的位置标记为 O1、O2，记录弹簧秤的示数 F，测量并 记录 O1、O2 间的距离(即橡皮筋的长度 l)．每次将弹簧秤示数改 变 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：