高考物理备考微专题精准突破专题8.3实验验证力平行四边形法则(解析版)

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2020 年高考物理备考微专题精确打破
专题实验:考证力的平行四边形法例
【专题解说】
一实验原理与操作
1.等效法:一个力 F′的作用成效和两个力 F 1、F2的作用成效都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,
所以力 F ′就是这两个力 F 1和 F 2的协力,作卖力 F′的图示,以下图.
2.平行四边形法:依据平行四边形定章作卖力 F 1和F2的协力 F 的图示.
3.考证:比较 F 和F ′的大小和方向能否相同,若在偏差同意的范围内相同,则考证了力的平行四边形定章.
本实验的依照是协力与分力的等效性,在操作时要记着“三注意”和“七记录”
1.注意两次结点O 的地点一定相同.
2.实验中的两个细绳套不要很短.
3.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60°~ 100 °之间为宜.4.两个弹簧测力计拉橡皮条时,记录两弹簧测力计示数、两绳方向和结点O 的地点 (五记录 )
5.一个弹簧测力计拉橡皮条时,记录弹簧测力计示数和细绳方向(二记录 )
二数据办理与偏差剖析
1.本实验用作图法办理数据,要注意三个力的图示一定用同一标度,要选用适合的标度,使力的图示在座
标纸中的比率尽量大些.
2.依据二力均衡条件,实验获得的协力 F ′必定与橡皮筋在一条线上,用平行四边形定章作出的协力 F 因为实验偏差偏离此直线,可应用平行四边形图示法剖析偏差产生的原由
三实验拓展与创新
创新角度实验装置图创新解读
实验器械与方法的创

实验
原理
的创新
实验原理
与方法
的创新1.经过应用定滑轮,改变拉力的方向
2.钩码的总重力即为对应细绳拉力大小
1.电子秤取代弹簧秤,能够直接读卖力的
大小
2.同一电子秤应用于(a)、(b)、(c)三个图中,可测得三根细线中拉力的大小
1.将橡皮筋和弹簧秤的实验角色交换
2.秤钩上涂抹少量润滑油,保证了橡皮
筋双侧弹力大小相同,与双侧橡皮筋长度大小没关
1.用 DIS 实验装置研究支架上力的分解2.利用两个相同的双向力传感器丈量力
【高考领航】
【 2018·高考天津卷】某研究小组做“考证力的平行四边形定章”实验,所用器械有:方木板一块,白纸,量
程为 5 N 的弹簧测力计两个,橡皮条(带两个较长的细绳套),刻度尺,图钉(若干个 ).
(1) 详细操作前,同学们提出了以下对于实验操作的建议,此中正确的有________.
A.橡皮条应和两绳套夹角的角均分线在一条直线上
B .重复实验再次进行考证时,结点O 的地点能够与前一次不一样
C.使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视野应正对测力计刻度
D.用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力一定都小于只用一个测力计时的拉力
(2) 该小组的同学用同一套器械做了四次实验,白纸上留下的标明信息有结点地点O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,以以下图所示.此中对于提升实验精度最有益的是________.
【答案】: (1)BC(2)B
【分析】:(1) 由力的平行四边形定章知,橡皮条和两绳套夹角的角均分线不必定在一条直线上,两分力的大
小也不必定小于协力, A 、D 项错误;考证力的平行四边形定章时,每次实验需保证协力与分力作用成效相
同,结点O 一定在同一地点.但重复实验时,能够改变协力的大小,故结点O 的地点能够与前一次不一样,
B 项正确;使用测力计测力时,施力方向应沿测力计轴线方向,读数时视野应正对测力计刻度,
C 项正确.
(2)为了减小绘图时表示力的方向的偏差,记录各个力的方向时,需要确立相对较远的两个点,而后连线确
定力的方向, A 项错误;依据纸张大小,选择适合的标度,使图尽量大,所以 B 项正确, C、D 项错误.【 2017·高考全国卷Ⅲ】某研究小组做“考证力的平行四边形定章”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 (位于图示部分以外),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.
(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,此时察看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 F 1= 4.2 N 和 F2=5.6 N.
①用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力,以O 为作用点,在图(a)中画卖力 F 1、 F2的图示,而后按平行四边形
定章画出它们的协力 F 合;
②F 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同意的偏差范围以内,则该实验考证了力的平行四边形定章.【答案】(2)① F 1、 F2和 F 合以下图

【分析】(1)由测力计的读数规则可知,读数为 4.0 N.
(2)①利用平行四边形定章作图;
②由图可知 F 合=4.0 N,从 F合的极点向x 轴和y 轴分别作垂线,极点的横坐标对应长度为 1 mm,极点的纵坐标长度为20 mm ,则可得出 F 合与拉力 F 的夹角的正切值为0.05.
【最新考向解码】
例 1.(2019 ·昆明市教课质量检测)某学生实验小组设计了一个“考证力的平行四边形定章”的实验,装置如图甲所示,在竖直搁置的木板上部邻近双侧,固定两个力传感器,同一高度搁置两个能够挪动的定滑轮,两根
细绳越过定滑轮分别与两力传感器连结,在两细绳连结的结点O 下方悬挂钩码,力传感器1、2 的示数分别
为 F 1、 F2,调理两个定滑轮的地点能够改变两细绳间的夹角.实验中使用若干相同的钩码,每个钩码质量
均为 100 g,取 g= 9.8 m/s2 .
(1) 对于实验,以下说法正确的选
________.
项是
A .实验开始前,需要调理木板使其位于竖直平面内
B .每次实验都一定保证结点位于O 点
C.实验时需要记录钩码数目、两力传感器的示数和三细绳的方向
D .实验时还需要用一个力传感器独自丈量悬挂于O 点钩码的总重力
(2) 依据某次实验获得的数据,该同学已经依照力的图示的要求画出了F1、F2,请你作图获得F1、F2的协力F(只作图,不求大小),并写出该协力不完好竖直的一种可能原由
________________________________________________________________________ .
【答案】: (1)AC (2)如分析图所示定滑轮有摩擦、木板未竖直搁置等(回答出一项合理答案即可)
【分析】: (1) 实验开始前,需要调理木板使其位于竖直平面内,以保证钩码重力等于细线中的拉力,选项A 正确;该装置每次实验不需要保证结点位于O 点,选项 B 错误;实验时需要记录钩码数目、两力传感器的
示数和三细绳的方向,选项
C 正确;悬挂于O 点钩码的总重力能够依据钩码的质量得出,不需要力传感器丈量,选项
D 错误.
(2)利用平行四边形定章作出 F1和 F2的协力 F.该协力方向不完好在竖直方向的可能原由是定滑轮有摩擦、木板
未竖直搁置等.
例 2.(2019 ·宁夏育才中学高三上学期期末 )某同学在做“考证平行四边形定章”的实验中,碰到了以下问题,请帮助该同学解答。

(1) 物理学中有好多物理方法,本实验采纳的是________。

A .类比实验法B.等效代替法
C.控制变量法D.极限法
(2) 在做实验以前,该同学发现有一只弹簧测力计如图甲所示,则在使用前应当对弹簧测力计________。

(3)如图乙所示的四个力中,力 ________(填图中字母 )是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的。

(4) 该同学已经作出了两个分力的力的图示,如图丙所示,方格中每边的长度表示0.5 N,请帮助该同学用作图法作出协力 F 的图示,并求出协力的大小为________ N 。

(结果保存两位有效数字)
【答案】(1)B (2) 调零(3)F′ (4) 图看法析
【分析】(1)该实验采纳的方法是等效代替法, B 正确。

(2)由题图甲可知,弹簧测力计指针不在零刻度线处,故在进行丈量前应先对弹簧测力计进行调零,使指针
指在零刻度线处。

(3)F′与橡皮筋在同一条直线上,是由一只弹簧测力计直接拉橡皮筋测得的。

(4) 以 F 1、 F 2为邻边,作出平行四边形,以下图。

由图可知,协力为F= 7×0.5 N= 3.5 N 。

例 3.(2019 ·安徽合肥高三上一诊)以下是某实验小组研究“二力合成规律”的过程。

(1)第一进行以下操作:
①如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的长度为GE;
②如图乙,用手经过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。

小圆环在拉力 F 1、 F2的共同作用下,位于O 点,橡皮条伸长的长度为EO;
③撤去 F 1、 F 2,改用一个力 F 独自拉住小圆环,仍使其位于O 点,如图丙。

同学们发现,力 F 独自作用与 F1、F 2共同作用的成效是相同的,都使小圆环在O 点保持静止。

因为两次橡皮条伸长的长度相同,即__________,所以 F 等于 F 1、 F 2的协力。

(2) 而后实验小组研究了协力 F 与分力 F1、 F2的关系:
①由纸上 O 点出发,使劲的图示法画出拉力F1、F2和 F(三个力的方向沿各自拉线的方向,三个力的大小由
弹簧测力计读出 );
②用虚线将拉力 F 的箭头端分别与 F 1、 F2的箭头端连结,如图丁,获得的启迪是____________________ ;
③多次改变拉力 F1、 F 2的大小和方向,重做上述实验,经过画各力的图示,进一步查验所围成的图形。


验小组发现:在两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角
线就代表协力的大小和方向,这个规律叫做____________。

上述实验中,假如把图乙和图丙的操作次序对换,即先用拉力 F 将圆环拉到O 点,再用拉力 F1和 F2共同拉圆环产生相同成效,则 F 1和 F2就是 F 的 ______________,此实验能够研究__________ 规律。

【答案】(1)橡皮条对小圆环的拉力相同
(2) ②可组成平行四边形③平行四边形定章分力力的分解
【分析】(1)两次橡皮条伸长的长度相等,即两次橡皮条对小圆环的拉力相同,说明单个力 F 的作用成效与 F 1、 F2共同作用的成效相同。

(2) ②用虚线将拉力 F 的箭头端分别与F1、 F 2的箭头端连结,可组成平行四边形,F1和F2为邻边, F 为与
F 1和 F 2共极点的对角线;③多次改变拉力F1、F2的大小和方向,重做上述实验,在两个力合成时,以表示
这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表协力的大小和方向,这个规律
叫做平行四边形定章。

假如把图乙和图丙的操作次序对换,即先用拉力 F 将圆环拉到O 点,再用拉力F1和F 2共同拉圆环产生相同成效,则 F 1和F2就是F 的分力,此实验能够研究力的分解规律。

【微专题精练】
1.某同学用钩码和弹簧测力计做“考证力的平行四边形定章”实验.
(1) 请将实验内容增补完好:
A.将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平坦木板上,在另一端绑上两根系有细绳套的细线.
B.此中一根细线挂上 5 个质量相等的钩码 (每个钩码质量均为 50 g),使橡皮筋拉伸,如图甲所示,记录
________、结点的地点O 和细线方向.
C.将图甲中钩码取下一个,并将细线用一圆滑铁钉B(可随时固定 )支开,在另一细线上挂上弹簧测力计,
使两细线成必定角度,拉弹簧测力计,如图乙所示,图中α、β可测定,

cos α 3
=时,橡皮筋正好位于竖
cos β 4
直方向且橡皮筋与细线结点的地点与步骤 B 中结点的地点 O 重合,此时弹簧测力计的示数应为________N(当地重力加快度 g=10 m/s2).
(2)本实验采纳的科学方法是 ________.
A.理想实验法
B.等效代替法
C.控制变量法
D.成立物理模型法
【答案】(1)钩码的个数 (细线上的拉力(2)B
【分析】(1)由实验原理可知本实验利用等效代替法来考证“力的平行四边形定章”,图甲中钩码的重力即
协力大小,细线方向即协力方向,所以应记录钩码的个数(细线上的拉力)、结点O 的地点和细线方向,在用钩码和弹簧测力计一起拉橡皮筋时,必定要将橡皮筋与细线结点的地点与步骤 B 中结点的地点O 重合,此时应记录钩码个数、弹簧测力计示数及对应的细线方向,剖析图乙中结点的受力状况可得水平方向有4mgcos α= Fcos β,代入数据得弹簧测力计的示数应为F= 3mg= 1.5 N.
(2) 由(1) 知是等效代替法.
2.某同学做“考证力的平行四边形定章”的实验状况如图甲所示,此中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。

图实Ⅲ- 3 乙是在白纸上依据实验结果画出的图。

(1) 假如没有操作失误,图乙中的 F 与 F′两力中,方向必定沿AO 方向的是 ________。

(2)本实验采纳的科学方法是 ________。

A .理想实验法B.等效代替法
C.控制变量法 D .成立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤是:
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,结点抵达某一地点O。

记录下O点的地点,读出两个弹簧测力计的示数;
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F 2的图示,并用平行四边形定章求出
协力 F;
E.只用一只弹簧测力计,经过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同
一标度作出这个力 F ′的图示;
F.比较 F′和 F 的大小和方向,看它们能否相同,得出结论。

上述步骤中:①有重要遗漏的步骤的序号是________和________;
②遗漏的内容分别是__________和 ____________。

【答案】(1)F ′ (2)B (3)① C E②C中应加上“记下两条细绳的方向” E 中应说明“把橡皮条的结点拉到同一地点O”
【分析】(1)由一个簧力拉橡皮条至O 点的拉力必定沿AO方向;而依据平行四形定作出的合
力,因为差的存在,不必定沿AO方向,故必定沿AO方向的是F′。

(2) 一个力的作用成效与两个力的作用成效相同,它的作用成效能够等效代替,故 B 正确。

(3) ①依据“ 力的平行四形定” 的操作程可知,有重要漏的步的序号是C、 E。

②在 C 中未下两条的方向, E 中未明能否把橡皮条的点拉到同一地点O。

3.(2019衡·阳模)如所示,某小同学利用DIS装置研究支架上力的分解.A、 B 两个相同的
双向力感器,型号感器在遇到拉力数正,遇到力数. A 接量不的,可沿固定的板做弧形移. B 固定不,通圆滑接 0.3 m 的杆.将接在杆右端 O 点组成支架.保
持杆在水平方向,按以下步操作:(g 取 10 m/s2 )
① 量子与水平杆的角∠AOB =θ;
② 两个感器行零;
③用另一根在O 点挂一个,两个感器的数;
④取下,移感器 A 改θ角.
重复上述步,获得表格.
F1⋯⋯
F2--⋯⋯
θ30°60°⋯150 °⋯
(1)依据表格, A 感器的是表中力 ________(填“F 1”或“F2”).量 ________kg( 保存一位有效数字 ).
(2) 本中多次感器行零,此操作明正确的选项是________.
A.因预先忘零
B.何零果没有影响
C.了除去横杆自己重力果的影响
D.能够完好除去的差
【答案】(1)F 1 0.05 (2)C
【分析】(1)A 感器中的力均正,故 A 感器的是表中力 F 1,均衡, mg=F 1sin θ,当θ= 30°
时, F1=1.001 N ,可求得 m≈ 0.05 kg.
(2) 在挂钩码以前,对传感器进行调零,目的是为了除去横杆自己重力对结果的影响,故 C 正确.
4.在“考证力的平行四边形定章”的实验中,有以下实验步骤:
a.在桌上放一块方木板,在方木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在板上的 A 点.
b.只用一只弹簧测力计,经过细绳把橡皮条的结点拉到相同的地点O,记下弹簧测力计的示数 F ′和细绳的方向,按相同比率作卖力 F ′的图示.
c.改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验.
d.记下两只弹簧测力计的示数F1、F 2及结点的地点,描下两条细绳的方向,在纸上按比率作出F1和 F2的图示,用平行四边形定章求出协力 F.
e.比较力F′与 F ,能够看出,它们在实验偏差同意的范围内是相等的.
f.把两条细绳系在橡皮条的另一端,经过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点
抵达某一地点 O.
达成以下填空:
(1)上述步骤中,正确的次序是 ______________( 填写步骤前面的字母 ).
(2)以下举措中能减小实验偏差的是 ________.
A.两条细绳一定等长
B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行
C.拉橡皮条的细绳要稍长一些,标志同一条细绳的方向时两标志点要适合远一些
D.实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩互相钩住平放在桌面上,向相反方向拉动,检查读数能否
相同,若不一样,则进行调理使之相同
【答案】: (1)afdbec(2)BCD
【分析】: (1) 先固定好白纸和橡皮条,两个弹簧测力计拉橡皮条到结点O,记下两个力的大小和方向,而后
用一个弹簧测力计拉橡皮条到O 点,记下拉力的大小和方向,由平行四边形定章画出两个力的协力,与第
二次的一个力比较大小和方向;改变两个分力的大小和夹角,重复实验.故实验步骤为afdbec.
(2)两条细绳能否等长,不会影响实验偏差,A 错误;防止拉力和纸面不平行,那样画出的力就不是实质作
使劲了, B 能够减小偏差, B 正确;细绳稍长些,这样在描点画力的方向时,偏差少,偏差小, C 正确;实
验前调理弹簧测力计,使得两个读数标准相同,这样画出的平行四边形才正确,能够减小偏差, D 正确.6.将橡皮筋的一端固定在 A 点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为 5 N 、
最小刻度为0.1 N 的弹簧测力计.沿着两个不一样的方向拉弹簧测力计,当橡皮筋的活动端拉
到 O 点时,两根细绳互相垂直,如图甲所示.这时弹簧测力计的读数可从图中读出.
甲乙
(1) 由图可读得两个互相垂直的拉力的大小分别为________ N 和 ________ N.
(2)在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的协
力.【答案】: (1)2.50(4.00) 4.00(2.50) (2) 以下图
6.(2019 广·西桂林第十八中学模拟 )“考证力的平行四边形定章”的实验状况如图甲所示,此中 A 为固定橡皮筋的图钉, O 为橡皮筋与细绳的结点, OB 和 OC 为细绳.图乙是在白纸上依据实验结果画出的图.
(1) 图乙中的 F 与 F ′两力中,方向必定沿AO 方向的是 ________.
(2)某同学在做该实验时以为:
A.拉橡皮条的细绳长一些,实验成效较好
B.拉橡皮条时,弹簧秤、橡皮条、细绳应切近木板且与木板平面平行
C.橡皮条弹性要好,拉结点抵达某一地点O 时,拉力要适合大些
D .拉力 F 1和 F2的夹角越大越好
此中不正确的选项是________________( 填入相应的字母).
【答案】: (1)F ′ (2)D
【分析】:(1) F是经过作图的方法获得协力的理论值,在平行四边形的对角线上,而 F ′是经过一个弹簧秤沿AO方向拉橡皮条,使橡皮条伸长到O 点,其方向必定沿AO方向.
(2) 在实验中要减小拉力方向的偏差,应让标志同一细绳方向的两点尽量远些,故细绳应当长一些,故 A 正确;作图时,我们是在白纸中作图,做出的是水平力的图示,若拉力倾斜,则作出图的方向与实质力的方
向有较大差异,故应使各力尽量与木板平面平行,故 B 正确;拉力越大,则读数中出现的相对偏差越小,
故拉力应适合大些,故 C 正确;两个拉力的夹角过大,协力会过小,量取理论值时相对偏差变大,故 D 错误.
7.一起学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物件,在家中考证力的平行四边
形定章.
(1)如图 (a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶________时电子秤的示数 F .
(2)如图 (b),将三根细线 L1、L2、 L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和水壶杯带上.水平拉开细线 L 1,在白纸上记下结点O 的地点、 ________和电子秤的示数 F1.
(3)如图 (c),将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平地点上,并将L1拴在其上.手握电子秤沿着 (2) 中 L2的方向拉开细线 L 2,使 ________和三根细线的方向与 (2) 中重合,记录电子秤的示数F2.
(4)在白纸上按必定标度作出电子秤拉力F、 F 1、 F2的图示,依据平行四边形定章作出F1、 F2的协力 F′的图示,若 ________________ ,则平行四边形定章获得考证.
【答案】(1)静止 (2)三根细线的方向(3) 结点 O 的地点(4) F 和 F′在偏差范围内重合
【分析】(1)要丈量装满水的水壶的重力,则应记下水壶静止时电子秤的示数 F.
(2)要画出平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O 的地点的同时,也要记录
三根细线的方向以及电子秤的示数F1.
(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O 的地点不可以变化,力的方向也不可以
变化,所以应使结点 O 的地点和三根细线的方向与(2) 中重合,记录电子秤的示数F2.
(4)依据平行四边形定章作出 F1、F2的协力 F′的图示,若 F 和 F ′在偏差范围内重合,则平行四边形定章获得考证.
8.有同学利用以下图的装置来考证力的平行四边形定章.在竖直木板上铺有白纸,固定两
个圆滑的滑轮 A 和 B,将绳索打一个结点O,每个钩码的重量相等,当系统达到均衡时,根
据钩码个数读出三段绳索的拉力F1、F 2和 F3,回答以下问题:
(1) 改变钩码个数,实验能达成的是()
A .钩码的个数N1= N2= 2, N3=4
B .钩码的个数N1= N3= 3, N2=4
C.钩码的个数N1= N2= N3= 4
D .钩码的个数N1= 3, N2= 4,N3= 5
(2) 在拆下钩码和绳索前,最重要的一个步骤是()
A .标志结点O 的地点,并记录OA、 OB、OC 三段绳索的方向
B .量出 OA、 OB、O
C 三段绳索的长度
C.用量角度量出三段绳索之间的夹角
D.用天平测出钩码的质量
(3)依据实验原理及操作,在作图时,你以为图中________是正确的. (填“甲”或“乙”)
【答案】(1)BCD (2)A(3) 甲
【分析】(1)实验中的分力与协力的关系一定知足:
|F1- F2|< F3<F1+ F2,所以 B、C、 D 选项是能够的.
(2)在拆下钩码和绳索以前,应当标志结点O 的地点,同时记录 OA、OB、 OC 三段绳索的方向.
(3)实验中 F 3是竖直向下的,故图甲是正确的.。

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