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1、实验三验证力的平行四边形定则实验研究| 高考储备实验解读 实验原理及过程 实验注意事项1使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻 度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处。再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一 起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用。2实验中的两个细绳套不要太短。3在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。4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。5在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计 中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测 力计卡壳，
2、防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。6在同一实验中，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。高考方向考点一 实验原理与操作例 1 如图实-3-1 所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带 有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板 上的多个位置。图实-3-1(1) 请把下面的实验步骤补写完整： 三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使 得系统静止不动。 把一张画有等间距同心圆的厚纸紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点 O 处。为的是方便作出力的图示。有等间距同心圆作为画图助 手，你认为本实验有
3、必要测量钩码重力吗？答 (填“有”或“没有”，不必说明理由)。 记录以及。 三段绳子上的拉力FA、FB、FC可用钩码数量来表示，根据记录的数据作 出力的图示 FA、 FB、 FC。 以FA、FB为邻边，画出平行四边形，如 与近似相等,AB则在实验误差允许范围内验证了力的平行四边形定则。(2) 在图中三段绳子上分别悬挂了 4、3、5个钩码而静止不动，图中OA、OB 两段绳子与竖直方向的夹角分别为a ，如果本实验是成功的，那么需 应接 近于。【解析】(1)步骤中可以用一个同心圆对应一个钩码，这样就不必知道重力实际大小。步骤中需要记录钩码的个数，细线的方向，从而记录下三个力F、Fp、F的大小和方向。
4、步骤中以F、F为邻边，画出平行四边形，该平A B CA B行四边形的对角线表示 F 、F 的合力，如果 F 、F 的合力与 F 近似相等，则 A B A B C在实验误差允许范围内表示理论与实际相符合，就算验证了力的平行四边形定则。根据勾股定理，两段绳子的夹角应该接近于90, F、Fr的水平方向上的AB分力相等，4mgsin a = 3mgsin “,得出sin a siK34。【答案】(i)没有三段绳子悬挂钩码的个数三条绳子的方向平行四边形的对角线FC扌考点二 实验数据处理与误差探究例2(2014江苏高考)小明通过实验验证力的平行四边形定则。Pi 0* P*图实-3-2(1) 实验记录纸如图
5、实-3-2所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹 簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计 拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为：行=3.30 N、F = 3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2) 仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化， 影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不 相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。甲图实-3-3实验装置如图实-3-3 甲所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋 的上端固定于O点，下端
6、N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N, 在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程，再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如图乙所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点, 则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力F、Fb的大小关系为。ab(3) 根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？(填写选项前的字母)。A. 橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B. 两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长C. 两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大D. 两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4) 根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点 I
7、r-*-. r f注意事项。【解析】 根据力的合成法则及平衡条件解题。(1)作出的图示如图所示。(2)重物受力情况如图所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力 T 的方向相同，故水平拉力F大小相等，即F =Foab(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差。【答案】 如图所示(F厶=4.64.9 N都算对)合(2)Fa= Fb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋。 (或：拉力不 宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)。规律总结该题探究了橡皮筋的弹性变化(1) 思路：在保持弹力相同的情况下，观察橡皮筋两次拉伸点是否相同。(2) 设计与操作：使橡皮筋偏离竖直方向夹
8、角相同，保持了水平拉力相同，F =F。a b由三力平衡原理，得F水平= Gtan 0。F二，只要3相同，G不 变，必然有F 不变，F =FbO水平a b考点三实验拓展与创新视角 1 实验设计创新(1) 探究橡皮筋弹性变化。(2) 一个弹簧测力计和一个橡皮套代替两个弹簧测力计和两根橡皮筋。视角 2 实验器材改进替代(1) 弹簧秤一一橡皮筋。替代(2) 钩码一一弹簧秤。例3(2015山东高考)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。3图实-3-4实验步骤： 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。 如图实-3-4 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
9、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O、02,记录弹簧秤的示数F，测量并记录O、02间的距离(即橡皮筋的长度 1)。每次将弹簧秤示数改变0.50 N,测出所对应的1,部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.501(cm)1010.9712.0213.0013.9815.05找出中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为0、O,橡皮筋 的拉力计为F0O。在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示。用两圆珠 笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到 O 点，将两笔尖的位 置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为F0A,
10、 OB段的拉力记为F0B。完成下列作图和填空：(1) 利用表中数据在图实-3-5甲的坐标纸上画出F-1图线，根据图线求得1 = cm。(2) 测得 OA = 6.00 cm, OB=7.60 cm,则 FOA 的大小为N。OA(3) 根据给出的标度，在图实-3-5乙上作出FOA和Fob的合力F的图示。(4) 通过比较F与的大小和方向，即可得出实验结论。图实-3-5【解析】 (1)在坐标系中描点直线上的点均匀分布在直线的两侧。用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在如图所示，由图线可知与横轴的交点l0 = 10.0 cm。(2)橡皮筋的长度l = OA + OB= 13.60 cm，由上图可得F
11、= 1.80 N，所以 %OA=F D = F= 1.80 N。OB(3) 利用给出的标度作出 % 和的图示，然后以Fa和F R为邻边的平行OA OB OA OB四边形，对角线即为合力F，如图所示。(4) FOO的作用效果和Foa、Fob两个力的作用效果相同，F是Foa、Fob两UUrOA OBOA OB个力的合力，所以只要比较F和F 的大小和方向，即可得出实验结论。OO!【答案】 (1)见解析 10.0(9.8、9.9、10.1 均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)见解析 FOO规律总结该题设计有两处亮点(1) 器材少了。只用1根环形橡皮筋和1支弹簧秤。(2) 原理巧妙：先测了(间接)橡皮筋的劲度系数k然后求两侧拉力，只要 有了伸长量，就算出了拉力大小。橡皮筋搭在涂油的秤钩上，利用了 “活结” 原理，确定了两侧橡皮筋弹力相等，且方向对称。此时求弹力可看成一根橡皮筋。
