《高考物理新编大一轮总复习》实验三 验证力的平行四边形定则

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实验三　验证力的平行四边形定则
一、实验目的
1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。
2．学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。
二、实验原理
等效思想：使一个力 F′的作用效果和两个力 F1和F2的作用效果相同，就是使同一条
一端固定的橡皮条伸长到同一点 O，即伸长量相同，所以 F′为 F1和F2的合力，作出力 F
′的图示，再根据平行四边形定则作出力 F1和F2的合力 F的图示，比较 F、F′在实验误
差允许的范围内是否大小相等、方向相同。
三、实验器材
方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉
(几个)、铅笔。
[部分器材用途]
橡皮条 伸长量相同，保证两次操作作用效果相同
白纸 用铅笔在其上描点，确定力的方向，并作出力的图示以验证力的平行四边形定则
四、实验步骤
1．仪器安装
(1)如实验原理图所示，用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。
(2)用图钉把橡皮条的一端固定在 A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
2．测量与记录
(1)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸
长到某一位置 O。记录两弹
簧测力计的读数 F1、F2，用铅笔描下 O点的位置及此时两细绳的方向。
(2)只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O。记下弹簧测力
计的读数 F′和细绳套的方向。
(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。
五、数据处理
1．用铅笔和刻度尺从结点 O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两个弹
簧测力计的拉力 F1和F2的图示，并以 F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过 O点画平
1
行四边形的对角线，此对角线即为合力 F的图示。
2．用刻度尺从 O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计
的拉力 F′的图示。
3．比较 F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则。
六、误差分析
1．弹簧测力计读数时会带来误差，在条件允许的情况下，弹簧测力计的示数适当大一
些。读数时眼睛一定要平视，要按有效数字的读数规则正确地读数和记录。
2．针对作图带来的实验误差，重点关注两方面，一是两个分力 F1、F2间的夹角要适
当大一些，以 60°～100°之间为宜，夹角太大或太小都会带来较大误差，此外细绳套应适当
长一些，便于确定力的方向；二是选定的标度要合理，两个分力的图示分别等于 3～6倍标
度比较合理。
七、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．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。
考点一　教材原型实验
[例1]　(2021·辽宁大连市第二次联考)某同学为了研究两个互成角度力的合成规律，设
计了如下实验，实验原理图如图甲所示。将三根细绳套系于同一点 O，然后与同学配合，
同时用三个弹簧秤分别拉住三根细绳套，以合适的角度向三个不同方向拉开。当稳定后，
分别记录三个弹簧秤的读数。
(1)关于下列实验操作不必要的步骤是____________。
A．要保证三根细绳套长度相等
B．实验时需要注意保证各弹簧秤及细绳套在同一水平面内
C．改变拉力重复实验，每次必须保证 O点在同一位置
D．记录弹簧秤读数的同时，必须记录各拉力的方向
E．为完成平行四边形定则的验证，实验时还需要测量各拉力间的夹角
(2)某次实验测得弹簧秤读数分别为 FA＝2.2 N，FB＝2.4 N，FC＝3.2 N，请根据图乙记
录的各力的方向，结合实验原理，在虚线框内画出力的图示，并作出相应的平行四边形加
以验证。
[解析]　(1)细绳套只是连接弹簧秤与结点的媒介，取合适长度即可，没必要等长， A
2
错误；实验时，需要各弹簧秤及细绳套在同一水平面内，保证各个力在一个平面内，才可
以合成进行验证，B正确；三力平衡条件下，无论结点在什么位置，都满足任意两个力的
合力与第三个力等大反向，所以没必要每次必须保证 O点在同一位置，C错误；力的合成
需要知道分力的大小和方向，所以必须记录各拉力的方向，D正确；通过合成平行四边形，
合力与分力通过作图可以确定，没必要测量夹角，E错误。
(2)根据题图乙作出力的图示，如下：
通过测量 F合与FB在误差允许的范围内等大反向，平行四边形定则成立。
[答案]　ACE　(2)见解析
◆方法技巧
操作不忘“三”“二”“一”
用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结
点O的位置)，用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方
向)及“一注意”(结点 O的位置必须在同一位置)。
[例2]　(2017·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。
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