2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)專題（三）第10講 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案（含解析）.doc
《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)專題（三）第10講 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案（含解析）.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)專題（三）第10講 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案（含解析）.doc（20頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第10講 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)的平行四邊形定則。 2．學(xué)會(huì)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 二、實(shí)驗(yàn)器材 方木板、白紙、彈簧測力計(jì)(兩個(gè))、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、短細(xì)繩、三角板、刻度尺、圖釘(幾個(gè))、鉛筆。 考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理與操作 1．實(shí)驗(yàn)原理 一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一位置，所以力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力。作出力F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F′的大小和方向是否相同，若相同，則說明互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則。 2．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上，并用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴一短細(xì)繩，短細(xì)繩的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。 (2)用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長到某一位置O，如圖所示，記錄兩只彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F1、F2，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩個(gè)細(xì)繩套的方向。 (3)只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩套的方向。 (4)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩套方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示。 (5)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計(jì)時(shí)的拉力F′的圖示。 (6)比較一下力F′與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向是否相同。 (2015安徽高考)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn)，兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置，如圖所示。請將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整： (1)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置，記為O； (2)記錄兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線； (3)只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O，記錄測力計(jì)的示數(shù)F3，______________________________________________________ ___________________________________________________________________； (4)按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； (5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； (6)比較________的一致程度，若有較大差異，對其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 解析 使一個(gè)力F3的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的共同作用效果相同，都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn)，則力F3就是這兩個(gè)力F1、F2的合力。作出F3的圖示，再根據(jù)力的平行四邊形定則作出力F1、F2的合力F的圖示，比較F和F3的大小和方向是否相同，從而驗(yàn)證力的平行四邊形定則。因?yàn)榱κ鞘噶?，所以本?shí)驗(yàn)中必須記錄結(jié)點(diǎn)O的位置以及彈簧彈力的大小和方向。 答案 (3)沿此細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線 (6)F和F3 特別提醒 (1)不要直接以橡皮條的端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩連接兩個(gè)細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，且應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些，以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)的位置O。 (2)使用彈簧測力計(jì)前，應(yīng)先調(diào)節(jié)零刻度，使用時(shí)不能超過量程。拉彈簧測力計(jì)時(shí)，應(yīng)使彈簧測力計(jì)與木板平行。被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計(jì)軸線方向一致，拉動(dòng)彈簧時(shí)不可與外殼相碰或摩擦。 (3)在同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條伸長時(shí)的結(jié)點(diǎn)位置要相同。 (4)兩個(gè)拉力F1和F2的夾角不宜過小或過大，作力的圖示時(shí)，標(biāo)度要一致。 (5)讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對、平視刻度。 某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)所在位置，OB與OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。 (1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。 (2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________。 A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要的步驟是： A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上； B．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套； C．用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O。記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2； D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F； E．只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F′，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出F′的圖示； F．比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。 上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的序號(hào)是__________和________； ②遺漏的內(nèi)容分別是____________________________和_________________。 答案 (1)F′ (2)B (3)①C E ②C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向” E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O” 解析 (1)由一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條至O點(diǎn)的拉力一定沿AO方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。 (2)一個(gè)力的作用效果與兩個(gè)力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，B正確。 (3)①根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的序號(hào)是C、E。 ②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O。 考點(diǎn)二 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 1．?dāng)?shù)據(jù)處理——作圖法 在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，由作圖法得到的合力F與實(shí)際測量得到的合力F′不可能完全重合，只要在誤差允許的范圍內(nèi)可以認(rèn)為F與F′重合，即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則，如圖所示。 2．誤差分析 (1)用兩個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和彈簧測力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi)時(shí)，這樣得到的兩個(gè)彈簧測力計(jì)的水平分力的實(shí)際合力會(huì)比由作圖法得到的合力小。 (2)結(jié)點(diǎn)的位置O和兩個(gè)彈簧測力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)會(huì)造成作圖誤差。 (3)作圖比例不恰當(dāng)會(huì)造成作圖誤差。 將橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，另一端拴上兩根細(xì)繩，每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計(jì)，沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧測力計(jì)，當(dāng)橡皮條的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩根細(xì)繩相互垂直，如圖甲所示。這時(shí)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)可從圖中讀出。 (1)由圖甲可讀得兩個(gè)相互垂直的拉力的大小分別為________ N和________ N。 (2)在如圖乙所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個(gè)力及它們的合力。 (3)圖丙中a、b兩圖是兩位同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中哪一個(gè)圖符合實(shí)際？若合力測量值F′是準(zhǔn)確的，則F與F′有誤差的原因可能是哪些？ 解析 (3)合力的測量值F′一定指向AO方向，故b圖符合實(shí)際。F與F′有誤差的原因：①彈簧測力計(jì)本身有誤差；②讀數(shù)誤差；③作圖誤差。 答案 (1)2.50 4.00(或4.00 2.50) (2)如圖所示 (3)b圖 見解析 特別提醒 (1)作圖時(shí)要選好標(biāo)度，合力F合的大小要根據(jù)所選標(biāo)度和對角線長度計(jì)算得出。 (2)實(shí)驗(yàn)理論值不一定沿橡皮條方向，但單個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F′一定沿橡皮條方向，讀數(shù)不準(zhǔn)和作圖不準(zhǔn)都可能使F與F′不完全重合。 在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮條、細(xì)繩套和一只彈簧測力計(jì)。 (1)為完成實(shí)驗(yàn)，某同學(xué)另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表： 請?jiān)趫D1中畫出圖象，并求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m。 (2)某次實(shí)驗(yàn)中，彈簧測力計(jì)的指針位置如圖2所示，其讀數(shù)為________ N；同時(shí)利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N，請?jiān)谔摼€框內(nèi)畫出這兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F合的圖示。 (3)由畫出的圖示得到F合＝________ N。 (4)某次實(shí)驗(yàn)中甲、乙兩位同學(xué)得到的結(jié)果如圖3所示，其中________同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)(力F′是用一只彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)拉力的圖示)。 (5)在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，造成誤差的主要原因是：______________________________________________________________ _____________________________________________________________________。(至少寫出兩種情況) 答案 (1)如圖a所示 55(2內(nèi)均可) (2)2.10(0.02內(nèi)均可) 如圖b所示 (3)3.4(0.2內(nèi)均可) (4)甲 (5)①FC讀數(shù)比真實(shí)值偏?。虎诖_定力的方向不準(zhǔn)確、作圖不精確 解析 (1)根據(jù)描點(diǎn)法作出圖象。根據(jù)圖象得k＝＝55 N/m。 (2)彈簧測力計(jì)的分度為0.1 N，要估讀一位，故讀數(shù)為2.10 N。作力的圖示時(shí)要注意標(biāo)注標(biāo)度。 (4)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線，單個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F′一定與橡皮條共線，故甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)。 (5)分析(4)中甲同學(xué)的作圖，可知誤差的原因可能是：①FC讀數(shù)偏小，或FB讀數(shù)偏大；②FB或FC方向確定得不準(zhǔn)確；③作圖不準(zhǔn)等。 考點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新的兩種方法 1．對實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法的遷移 2．實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) (1)橡皮筋彈簧測力計(jì)。 (2)鉤碼彈簧測力計(jì)。 某學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，裝置如圖甲所示，在豎直放置的木板上部附近兩側(cè)，固定兩個(gè)力傳感器，同一高度放置兩個(gè)可以移動(dòng)的定滑輪，兩根細(xì)繩跨過定滑輪分別與兩力傳感器連接，在兩細(xì)繩連接的結(jié)點(diǎn)O下方懸掛鉤碼，力傳感器1、2的示數(shù)分別為F1、F2，調(diào)節(jié)兩個(gè)定滑輪的位置可以改變兩細(xì)繩間的夾角。實(shí)驗(yàn)中使用若干相同的鉤碼，每個(gè)鉤碼質(zhì)量均為100克，取g＝9.8 m/s2。 (1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是( ) A．實(shí)驗(yàn)開始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi) B．每次實(shí)驗(yàn)都必須保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn) C．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向 D．實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要用一個(gè)力傳感器單獨(dú)測量懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力 (2)根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，該同學(xué)已經(jīng)按照力的圖示的要求畫出了F1、F2，請你作圖得到F1、F2的合力F(只作圖，不求大小)，并寫出該合力不完全豎直的一種可能原因。_______________________________________________________。 解析 (1)實(shí)驗(yàn)開始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)，以保證鉤碼重力等于細(xì)線中的拉力，A正確；該裝置每次實(shí)驗(yàn)不需要保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn)，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向，C正確；懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力可以根據(jù)鉤碼的質(zhì)量得出，不需要力傳感器測量，D錯(cuò)誤。 (2)利用平行四邊形定則作出F1和F2的合力F。該合力方向不完全在豎直方向的可能原因是定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等。 答案 (1)AC(2)圖如解析所示 定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等(回答出一項(xiàng)合理答案即可) 方法感悟 (1)用鉤碼替換彈簧測力計(jì)，由記錄鉤碼個(gè)數(shù)取代彈簧測力計(jì)讀數(shù)，減小讀數(shù)誤差。 (2)用力傳感器代替彈簧測力計(jì)，減小讀數(shù)誤差。 某實(shí)驗(yàn)小組用一個(gè)彈簧測力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處，另一端系繩套1和繩套2，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： (1)彈簧測力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)處，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F； (2)彈簧測力計(jì)掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處，此時(shí)繩套1沿0方向，繩套2沿120方向，記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F′； (3)根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力為________； (4)比較____________________即可初步驗(yàn)證； (5)只改變繩套2的方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟； (6)將繩套1由0方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到60方向，同時(shí)繩套2由120方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到180方向，此過程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng)，保持繩套1和繩套2的夾角120不變，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是________。(填選項(xiàng)前的序號(hào)) A．逐漸增大 B．先增大后減小 C．逐漸減小 D．先減小后增大 答案 (3)F (4)F′和F (6)A 解析 在用兩個(gè)力拉繩套時(shí)，由于夾角為120，根據(jù)平行四邊形定則，由幾何知識(shí)可得繩套1的拉力為F，只需驗(yàn)證F′和F是否相等即可。 兩個(gè)繩套在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，夾角不變，且合力保持不變，作出力的矢量三角形如圖所示。由正弦定理知＝，當(dāng)繩套1從0轉(zhuǎn)到60方向時(shí)，θ從30增大到90，所以繩套1的拉力大小F1逐漸增大。 課后作業(yè) 1．有同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B，將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，每個(gè)鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三段繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題： (1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖? ) A．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4 B．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4 C．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N2＝N3＝4 D．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個(gè)步驟是( ) A．標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C．用量角器量出三段繩子之間的夾角 D．用天平測出鉤碼的質(zhì)量 (3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理及操作，在作圖時(shí)，你認(rèn)為圖中________是正確的。(填“甲”或“乙”) 答案 (1)BCD (2)A (3)甲 解析 (1)實(shí)驗(yàn)中的分力與合力的關(guān)系必須滿足：|F1－F2|下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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