2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過 專題08 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證平行四邊形定則.doc

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2019年高考物理 考點(diǎn)一遍過 專題08 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證平行四邊形定則 一、基本實(shí)驗(yàn)要求 1．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。 2．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。 3．實(shí)驗(yàn)步驟 （1）用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。 （2）用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)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。如實(shí)驗(yàn)原理圖所示。 （3）用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。 （4）只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向。 （5）比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。 二、規(guī)律方法總結(jié) 1．正確使用彈簧測(cè)力計(jì) （1）將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉過程中，讀數(shù)相同，可選；若不同，應(yīng)另換或調(diào)校，直至相同為止。 （2）使用時(shí)，讀數(shù)應(yīng)盡量大些，但不能超出范圍。 （3）被測(cè)力的方向應(yīng)與軸線方向一致。 （4）讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度。 2．注意事項(xiàng) （1）位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同。 （2）角度合適：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60~100之間為宜。 （3）在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些。細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向。 （4）統(tǒng)一標(biāo)度：在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些。 3．誤差分析 （1）誤差除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 （2）減小誤差的辦法： ①實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度，要按有效數(shù)字和彈簧測(cè)力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄。 ②作圖時(shí)用刻度尺借助于三角板，使表示兩力的對(duì)邊一定要平行。 （xx河北模擬）在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)按照如下步驟進(jìn)行操作： 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)，在橡皮條的另一端檢上兩條細(xì)繩形成結(jié)點(diǎn)，細(xì)繩的另一端系著繩套； c．如圖甲，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，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，記錄結(jié)點(diǎn)位置和兩個(gè)彈賛測(cè)力計(jì)的示數(shù)、兩根細(xì)繩的方向； d．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，畫出它們所夾的對(duì)角線。 e．只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩套拉橡皮條，____________；并按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F的圖示； f．比較和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。 （1）把步驟e中的內(nèi)容補(bǔ)充完整_____________。 （2）本實(shí)驗(yàn)中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程，主要體現(xiàn)了下列哪種科學(xué)方法__________。 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）下列操作有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是_________（填字母代號(hào)）。 A．實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉，選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測(cè)力計(jì) B．拴在橡皮條上的兩條細(xì)繩必須等長(zhǎng)，并且要盡量長(zhǎng)一些 C．彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行 D．用兩彈賛測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)之差應(yīng)盡可能大 E．在記錄力的方向時(shí)，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些 （4）圖乙是該同學(xué)在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用同一標(biāo)度畫出的圖示，如果沒有操作失誤，圖乙中的F與兩力中，方向一定沿AO方向的是_________。 （5）若小明和小剛兩位同學(xué)在家中想驗(yàn)證力的平行四邊形定則，他們手中有一些彈性橡皮條（彈力滿足胡克定律，勁度系數(shù)為k）。如圖丙所示，他們將三根橡皮條的一端系在一起，另一端分別系上細(xì)線，仍保證橡皮條原長(zhǎng)相同，測(cè)得原長(zhǎng)L0=5.40 cm。接下來把貼有白紙的木板放在水平桌面上，兩人合作平行于紙面分別通過細(xì)線拉三根橡皮條至某一長(zhǎng)度（在彈性限度內(nèi)），保持狀態(tài)不變；如圖丁所示，記錄此時(shí)結(jié)點(diǎn)位置和三個(gè)橡皮條另一端的位置，量出三個(gè)端點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)O的距離分別為L(zhǎng)1=9.20 cm、L2=8.40 cm、L3=7.50 cm，請(qǐng)根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)過程和記錄的數(shù)據(jù)作出驗(yàn)證力的平行四邊形定則的圖示，并說明是如何驗(yàn)證的_______。 【參考答案】（1）把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向 （2）B （3）ACE （4） （5）如圖所示 見解析 【詳細(xì)解析】（1）把步驟e中的內(nèi)容補(bǔ)充完整：把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的 （4）圖乙中的F是理論值，是實(shí)際值，圖乙中的F與兩力中，方向一定沿AO方向的是； （5）如圖所示，按比例作出平衡時(shí)三個(gè)橡皮條的拉力的圖示；分析說明：將任意一個(gè)力反向延長(zhǎng)至等大，由平衡條件可知，這就是另外兩個(gè)力的合力；比較它與用平行四邊形定則作出的另外兩個(gè)力的合力的大小和方向，若近似相同即可驗(yàn)證平行四邊形定則。 1．如圖所示，某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證平行四邊形定則，他找到三條相同的橡皮筋（遵循胡克定律）和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個(gè)釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點(diǎn)為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物。 （1）為完成該實(shí)驗(yàn)，下述操作中必需的是________。 A．測(cè)量細(xì)繩的長(zhǎng)度 B．測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng) C．測(cè)量懸掛重物后橡皮筋的長(zhǎng)度 D．記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置 （2）釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗(yàn)證，可采用的方法是_____________。 【答案】（1）BCD?。?）更換不同的小重物 【解析】（1）用橡皮筋驗(yàn)證平行四邊形定則需要測(cè)量的是三條橡皮筋的伸長(zhǎng)量及其拉伸的方向，與細(xì)繩的長(zhǎng)度無關(guān)，故上述操作中A不需要，B和C是需要的；為了確保力的合成的等效性，懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置必須相同，所以上述操作中的D也是必需的。 （2）因?yàn)獒斪拥奈恢靡压潭ǎ瑸榱死^續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可改變重物的質(zhì)量再次進(jìn)行驗(yàn)證。 1．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”。三條細(xì)繩結(jié)于O點(diǎn)分別與兩彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼相接。 （1）實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定在豎直木板上的P點(diǎn)； B．結(jié)點(diǎn)O下的細(xì)線掛鉤碼C； C．手持彈簧測(cè)力計(jì)B緩慢向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置； D．記下鉤碼質(zhì)量、結(jié)點(diǎn)O的位置、讀出并記錄彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)、記錄_______。 （2）在實(shí)驗(yàn)過程中下列哪些情況對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差的是_____（選填選項(xiàng)前的字母）。 A．木板不豎直 B．A彈簧測(cè)力計(jì)外殼的重力 C．B彈簧測(cè)力計(jì)的拉力方向沒有保持水平 D．改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置發(fā)生變化 2．（xx山西太原五中）某探究實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證非平衡狀態(tài)下力的平行四邊形定則，實(shí)驗(yàn)操作如下： （1）將三個(gè)力傳感器固定在一個(gè)豎直放置的平板上，調(diào)整位置，讓A、B、C三個(gè)傳感器的支架方向與豎直方向的夾角分別為0、60、30，然后將三個(gè)傳感器調(diào)零。 （2）將兩個(gè)完全相同的小球置于傳感器A與BC的上端，穩(wěn)定后啟動(dòng)傳感器，用力將平板豎直向上提起，保持兩小球不脫離支架，傳感器將記錄一系列相同時(shí)刻的力。 （3）下列說法中正確的是______ A．傳感器A的示數(shù)即為該時(shí)刻小球所受的合外力 B．傳感器A的示數(shù)等于該時(shí)刻小球所受的支持力 C．相同時(shí)刻甲球所受的合外力大于乙球所受合外力 D．相同時(shí)刻甲球所受的合外力等于乙球所受合外力 （4）傳感器某時(shí)刻的數(shù)據(jù)為，，，請(qǐng)選擇合適的標(biāo)度，在方格中畫出、、的圖示，運(yùn)用平行四邊形定求與的合力。 （5）經(jīng)過比較，得出結(jié)論在非平衡狀態(tài)下力的合成與分解____（填“符合”或“不符合”）平行四邊形定則。 3．（xx甘肅天水一中）某同學(xué)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將橡皮筋改為勁度系數(shù)為400 N/m的輕質(zhì)彈簧AA，將彈簧的一端A固定在豎直墻面上。不可伸長(zhǎng)的細(xì)線OA、OB、OC，分別固定在彈簧的A端和彈簧秤甲、乙的掛鉤上，其中O為OA、OB、OC三段細(xì)線的結(jié)點(diǎn)，如圖1所示。在實(shí)驗(yàn)過程中，保持彈簧AA伸長(zhǎng)1.00 m不變。 （1）若OA、OC間夾角為90，彈簧秤乙的讀數(shù)是______N。（如圖2所示） （2）在（1）問中若保持OA與OB的夾角不變：逐漸增大OA與OC的夾角，則彈簧秤甲的讀數(shù)大小將_____，彈簧秤乙的讀數(shù)大小將_____。 4．（xx天津卷）某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，所有器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)，橡皮條（帶兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套），刻度尺，圖釘（若干個(gè)）。 ①具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的是______。 A．橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上 B．重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同 C．使用測(cè)力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度 D．用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測(cè)力計(jì)時(shí)的拉力 ②該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O，力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是_____。 5．（xx山東卷）某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)步驟： ①將彈簧測(cè)力計(jì)固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。 ②如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧測(cè)力計(jì)的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為某一設(shè)定值時(shí)，將橡皮筋兩端的位置記為O1、O2，記錄彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F，測(cè)量并記錄O1、O2間的距離（即橡皮筋的長(zhǎng)度l）。每次將彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)改變0.50 N，測(cè)出所對(duì)應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示： F(N) 0 0.50 1.00 1.05 2.00 2.50 l (cm) l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 ③找出②中F=2.50 N時(shí)橡皮筋兩端的位置，重新記為O、，橡皮筋的拉力記為。 ④在秤鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時(shí)拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn)，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。 完成下列作圖和填空： （1）利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上（見答題卡）畫出F–l圖線，根據(jù)圖線求得l0=_____cm。 （2）測(cè)得OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，則FOA的大小為________N。 （3）根據(jù)給出的標(biāo)度，在答題卡上作出FOA和FOB的合力的圖示。 （4）通過比較與________的大小和方向，即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 6．（xx安徽卷）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木板上一點(diǎn)，兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使得橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置，如圖所示，請(qǐng)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(cè)力計(jì)的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩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(cè)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(cè)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、F2的合力F； ⑥比較________________的一致程度，若有較大差異，對(duì)其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再進(jìn)行試驗(yàn)。 1．（1）三條細(xì)繩的方向（拉力的方向） （2）AD 【解析】（1）記下鉤碼質(zhì)量、結(jié)點(diǎn)O的位置、讀出并記錄彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)、記錄三條細(xì)繩的方向（拉力的方向）。 （2）重力的方向是豎直的，所以木板要豎直，否則不好作圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響，故A正確；彈簧測(cè)力計(jì)外殼的重力并沒有作用在彈簧上，不會(huì)造成誤差，故B錯(cuò)誤；拉線方向必須與木板平面平行，這樣才確保力的大小準(zhǔn)確性，但不一定要水平，不會(huì)產(chǎn)生誤差，故C錯(cuò)誤；改變彈簧測(cè)力計(jì)B拉力進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置發(fā)生變化對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響，同一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，O點(diǎn)位置不變，故D正確。 運(yùn)用平行四邊形定則求出與的合力如圖中的F所示，在誤差允許范圍內(nèi)F與相等，即在非平衡狀態(tài)下力的合成與分解符合平行四邊形定則。 3．（1）3.00 （2）逐漸減小 先變小后變大 【解析】（1）根據(jù)彈簧秤的讀數(shù)方法可知，彈簧秤乙的讀數(shù)是3.00 N； （2）在（1）問中若保持OA與OB的夾角不變，逐漸增大OA與OC的夾角，甲乙兩個(gè)彈簧秤彈力的合力不變，如圖所示，則可知彈簧秤甲的讀數(shù)大小逐漸減小，彈簧秤乙的讀數(shù)大小先變小后變大。 4．①BC ②B 5．（1）10.00 （2）1.8 （3）如圖 （4） 【解析】（1）做出F–l圖像，求得直線的截距即為l0，可得l0=10.00 cm； （2）可計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)為；若OA=6.00 cm，OB=7.60 cm，則彈簧的彈力；則此時(shí)； （3）如圖所示；