2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則高效演練.doc

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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則高效演練 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．培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力． 二、實(shí)驗(yàn)原理 互成角度的兩個(gè)力F1、F2與另外一個(gè)力F′產(chǎn)生相同的效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相等． 三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)、三角板、刻度尺． 四、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． 2．用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套． 3．用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到某一位置O，如圖所示，記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向． 4．只用一只彈簧測(cè)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(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向． 5．改變兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，再重做兩次實(shí)驗(yàn)． 一、數(shù)據(jù)處理 1．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)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(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F的圖示． 2．用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實(shí)驗(yàn)步驟4中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F′的圖示． 3．比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗(yàn)證平行四邊形定則． 二、注意事項(xiàng) 1．同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法是：將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉，讀數(shù)相同． 2．在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同． 3．用兩只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，夾角不宜太大也不宜太小，在60～100之間為宜． 4．實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)與木板平行，讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些． 5．細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向．不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接，即可確定力的方向． 6．在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些． 三、誤差分析 1．彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差． 2．讀數(shù)誤差和作圖誤差． 3．兩分力F1、F2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大． 考點(diǎn)一　實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)原理　　　[學(xué)生用書P34] 　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為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和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(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，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(cè)力計(jì)的示數(shù)； D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)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．只用一只彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，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________________________________________________________________________． [解析]　(1)由一個(gè)彈簧測(cè)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，故B正確． (3)①根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程可知，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. [答案]　(1)F′　(2)B　(3)①C　E?、贑中應(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” 考點(diǎn)二　數(shù)據(jù)處理及誤差分析 　　[學(xué)生用書P34] 　(xx高考江蘇卷)小明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則． 甲 (1)實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖甲所示，O 點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長(zhǎng)到的位置，兩彈簧測(cè)力計(jì)共同作用時(shí)，拉力 F1和 F2 的方向分別過 P1 和 P2 點(diǎn)；一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，拉力 F3 的方向過 P3 點(diǎn). 三個(gè)力的大小分別為：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和 F3＝4.25 N. 請(qǐng)根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出 F1和F2的合力． (2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)，小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．他用彈簧測(cè)力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長(zhǎng)度， 發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對(duì)橡皮筋彈性的影響． 實(shí)驗(yàn)裝置如圖乙所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于 O 點(diǎn)，下端 N 掛一重物. 用與白紙平行的水平力緩慢地移動(dòng) N，在白紙上記錄下N 的軌跡. 重復(fù)上述過程，再次記錄下 N 的軌跡． 兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖丙所示. 過 O 點(diǎn)作一條直線與軌跡交于 a、b 兩點(diǎn)， 則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到 a 和 b 時(shí)所受拉力 Fa、Fb 的大小關(guān)系為________. (3)根據(jù)(2)中的實(shí)驗(yàn)，可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有哪些________(填寫選項(xiàng)前的字母)． A．橡皮筋的長(zhǎng)度與受到的拉力成正比 B．兩次受到的拉力相同時(shí)，橡皮筋第 2 次的長(zhǎng)度較長(zhǎng) C．兩次被拉伸到相同長(zhǎng)度時(shí)，橡皮筋第 2 次受到的拉力較大 D．兩次受到的拉力相同時(shí)，拉力越大，橡皮筋兩次的長(zhǎng)度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實(shí)驗(yàn)探究，請(qǐng)對(duì)驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)提出兩點(diǎn)注意事項(xiàng)． [解析]　(2)以重物為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析．重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力，重物處于靜止?fàn)顟B(tài)的合力為零，因橡皮筋的拉力方向相同，故橡皮筋的拉力相等． (3)橡皮筋的形變量和所受到的力有關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；從圖上看，第二次運(yùn)動(dòng)軌跡遠(yuǎn)離O點(diǎn)，橡皮筋第2次的形變量大，B正確；兩次拉伸到相同長(zhǎng)度，第二次對(duì)應(yīng)的力小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；拉力越大，由題圖丙可得橡皮筋兩次的長(zhǎng)度差越大，故選項(xiàng)D正確． (4)注意選取橡皮筋的技巧：一要新；二要彈性好；三不要超過彈性限度．故拉力不應(yīng)該太大；橡皮筋不能太長(zhǎng)；選用彈性較好的橡皮筋． [答案]　(1)如圖(F合＝4.6～4.9 N都算對(duì)) (2)Fa＝Fb　(3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜過長(zhǎng)；選用新橡皮筋(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧) [學(xué)生用書P35] xx年高考命題對(duì)本實(shí)驗(yàn)可能從以下角度改進(jìn)： 1．在水平面內(nèi)改為在豎直平面內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，拉橡皮筋改為懸掛重物，可避免橡皮筋彈性變化帶來的誤差． 2．彈簧測(cè)力計(jì)用力傳感器取代，可避免摩擦的影響，使讀數(shù)更方便、精確． 　某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置．分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向． (1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N. (2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________． A．應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力 B．彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零 C．拉線方向應(yīng)與木板平面平行 D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置 (3)某次實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程，請(qǐng)您提出兩個(gè)解決辦法． [解析]　(1)彈簧測(cè)力計(jì)的最小刻度為0.2 N，所以A的讀數(shù)為3.6 N. (2)根據(jù)三力平衡的特點(diǎn)可知，彈簧測(cè)力計(jì)A、B的拉力的合力與重物M的重力等值反向，故A項(xiàng)是必要的．彈簧測(cè)力計(jì)的零點(diǎn)誤差影響各拉力的測(cè)量值，所以使用前需校零，B項(xiàng)是必要的．只有拉線方向與木板平面平行，才能保證所研究的各力在同一平面內(nèi)，C項(xiàng)也是必要的．實(shí)驗(yàn)中只需測(cè)出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗(yàn)證平行四邊形定則，而測(cè)力計(jì)A的拉力不同時(shí)O點(diǎn)的位置就不同，故沒必要使O點(diǎn)靜止在同一位置，答案為D. (3)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測(cè)力計(jì)A的力大了，可行的解決方法有：①改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力的大小或方向；②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測(cè)力計(jì))． [答案]　(1)3.6　(2)D　(3)見解析 [點(diǎn)評(píng)]　本實(shí)驗(yàn)利用了三力平衡的特點(diǎn)來驗(yàn)證力的平行四邊形定則，實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有必要每次都使O點(diǎn)靜止在同一位置，只要整個(gè)裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)即可，使操作更方便． [學(xué)生用書P35] 1．(xx長(zhǎng)春模擬)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮條的一端固定在木板上，用兩只彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn)，則下列說法中正確的是(　　) A．同一次實(shí)驗(yàn)中，O點(diǎn)位置不允許變動(dòng) B．實(shí)驗(yàn)中，只需記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和O點(diǎn)的位置 C．實(shí)驗(yàn)中，把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩只彈簧測(cè)力計(jì)之間的夾角必須取90 D．實(shí)驗(yàn)中，要始終將其中一只彈簧測(cè)力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，然后調(diào)節(jié)另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，把橡皮條另一端拉到O點(diǎn) 解析：選A.為保證等效，必須把橡皮條的某一端拉到同一點(diǎn)，故A正確；實(shí)驗(yàn)中還要記錄拉力的方向，故B錯(cuò)誤；兩拉力的夾角可以是其他的合適角度，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中不能超出彈簧測(cè)力計(jì)的最大量程，因此開始時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)要小于最大量程，D錯(cuò)誤． 2．(xx武漢調(diào)研)某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證力的平行四邊形定則．圖甲中GE是橡皮條，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的下端；圖乙中用兩個(gè)互成角度的拉力F1、F2將小圓環(huán)拉至O點(diǎn)；圖丙中用一個(gè)拉力F將小圓環(huán)仍拉至O點(diǎn)．下列說法正確的是(　　) A．進(jìn)行圖乙中的操作時(shí)，拉力F1、F2的方向一定相互垂直 B．在圖乙、丙中，橡皮條必須沿豎直方向拉伸 C．在圖乙、丙中，必須將小圓環(huán)拉至相同的位置 D．圖乙操作完成后，可更換橡皮條，繼續(xù)完成圖丙所示的實(shí)驗(yàn)步驟 解析：選C.進(jìn)行圖乙中的操作時(shí)，只需兩拉力F1、F2的大小、方向明確，不一定相互垂直，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；圖乙、丙中的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的效果相同，就是將小圓環(huán)拉至相同的位置，圖乙操作完成后，若更換橡皮條，則不能驗(yàn)證力的平行四邊形定則，選項(xiàng)C正確，B、D錯(cuò)誤． 3．下面是關(guān)于“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)． (1)如圖為利用實(shí)驗(yàn)記錄的結(jié)果作出的圖，則圖中的________是力F1和F2的合力理論值，________是力F1和F2的等效合力的實(shí)際測(cè)量值． (2)如果某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)出F1＞F2的同時(shí)，運(yùn)用量角器測(cè)量出F1和F2的夾角為75，然后做出如下的幾個(gè)推斷，其中正確的是________． A．將F1轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，可以使合力F的方向不變 B．將F2轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，可以使合力F的方向不變 C．保持F1的大小和方向不變，將F2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30，可以使合力F的大小和方向都不變 D．只有保持F1和F2的大小不變，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，才可能使合力F的大小和方向都不變 解析：(1)等效合力在方向上沒有誤差，一定在AO方向上． (2)由平行四邊形定則易知A、B正確，C、D錯(cuò)誤． 答案：(1)F　F′　(2)AB 4．(xx深圳模擬)根據(jù)要求，完成“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)． (1)如圖甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)，另一端B連接兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細(xì)繩套，分別掛上3個(gè)鉤碼和4個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼重1 N)，調(diào)整滑輪的位置，穩(wěn)定后結(jié)點(diǎn)B位于O處，記下________和兩條細(xì)繩的方向，取下滑輪及鉤碼． (2)如圖乙所示，取某單位長(zhǎng)度表示1 N，用力的圖示作出兩條細(xì)繩的拉力F1和F2；再用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把結(jié)點(diǎn)B也拉至O處，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′＝________N，取下彈簧測(cè)力計(jì)． (3)在圖丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的圖示． (4)對(duì)比F和F′的大小和方向，發(fā)現(xiàn)它們不是完全一致的，其可能的原因是________________________(填一個(gè)原因)． 解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)記錄結(jié)點(diǎn)O的位置． (2)讀數(shù)為5.0 N. (3)力的圖示如圖所示． (4)產(chǎn)生誤差的原因有測(cè)量存在誤差；作圖沒有畫準(zhǔn)；彈簧測(cè)力計(jì)自身重力的影響；滑輪與繩之間的摩擦力等． 答案：(1)O的位置　(2)5.0　(3)、(4)見解析 5.(xx衡陽模擬)如圖所示，某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置研究支架上力的分解．A、B為兩個(gè)相同的雙向力傳感器，該型號(hào)傳感器在受到拉力時(shí)讀數(shù)為正，受到壓力時(shí)讀數(shù)為負(fù)．A連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩，可沿固定的板做圓弧形移動(dòng)．B固定不動(dòng)，通過光滑鉸鏈連接長(zhǎng)0.3 m的桿．將細(xì)繩連接在桿右端O點(diǎn)構(gòu)成支架．保持桿在水平方向，按如下步驟操作： ①測(cè)量繩子與水平桿的夾角∠AOB＝θ ②對(duì)兩個(gè)傳感器進(jìn)行調(diào)零 ③用另一根繩在O點(diǎn)懸掛一個(gè)鉤碼，記錄兩個(gè)傳感器的讀數(shù) ④取下鉤碼，移動(dòng)傳感器A改變?chǔ)冉? 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，得到表格. F1 1.001 0.580 … 1.002 … F2 －0.868 －0.291 … 0.865 … θ 30 60 … 150 … (1)根據(jù)表格，A傳感器對(duì)應(yīng)的是表中力________(選填“F1”或“F2”)．鉤碼質(zhì)量為________kg(保留一位有效數(shù)字)． (2)本實(shí)驗(yàn)中多次對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)零，對(duì)此操作說明正確的是________． A．因?yàn)槭孪韧浾{(diào)零 B．何時(shí)調(diào)零對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響 C．為了消除橫桿自身重力對(duì)結(jié)果的影響 D．可以完全消除實(shí)驗(yàn)的誤差 解析：(1)A傳感器中的力均為正值，故A傳感器對(duì)應(yīng)的是表中力F1，平衡時(shí)，mg＝F1sin θ，當(dāng)θ＝30時(shí)，F(xiàn)1＝1.001 N，可求得m＝0.05 kg. (2)在掛鉤碼之前，對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)零，目的是為了消除橫桿自身重力對(duì)結(jié)果的影響，故C正確． 答案：(1)F1　0.05　(2)C