高考物理实验三 验证力的平行四边形定则

实验三验证力的平行四边形定则二、实验器材方木板、、弹簧测力计(两只)、、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、铅笔。一、实验目的验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。白纸橡皮条考点一实验原理与操作[典例1](2016·长沙模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图实­3­1甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图实­3­1(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)本实验采用的科学方法是________。A．理想实验法B．等效替代法C．控制变量法D．建立物理模型法实验原理的理解(1)用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力F′的方向一定沿AO方向。(2)因误差因素(读数误差、作图误差等)由平行四边形定则作出的合力不一定沿AO方向。(3)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系。F′B(3)实验时，主要的步骤是：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是____和____；②遗漏的内容分别是_________________________________和_____________________________________________。实验操作步骤(1)保证两次拉橡皮条时结点O完全重合，以保证力F1、F2与F′存在作用效果相同。(2)实验过程中要同时记录弹簧测力计的示数及拉力方向。CEC中应加上“记下两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”[题组突破]1．(2015·安徽高考)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端。用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图实­3­2所示。请将以下的实验操作和处理补充完整：图实­3­2①用铅笔描下结点位置，记为O；②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，_____________________；④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；⑥比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验。解析2．(1)甲、乙和丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”的实验，所用弹簧测力计的量程为0～5N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，如图实­3­3所示，此时细绳都与平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小。图实­3­3甲同学实验中的F1和F2的方向互相垂直，F1＝2.8N、F2＝3.5N；乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30°，F1＝F2＝4.0N；丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120°，F1＝F2＝4.0N。这三位同学中操作不合适的是哪一位？并说明原因。____________________________________________。(2)若丁同学对本实验进行改进，设置如图实­3­4所示的实验装置，弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。在实验操作过程中，改变拉力，重复多次实验时，要求O点______(“一定”或“不一定”)静止在同一位置。在某次实验中，若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出两条解决办法：图实­3­4①____________________________________________，②____________________________________________。解析[答案]考点二数据处理与误差分析[典例2](2014·江苏高考)小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图实­3­5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：F1＝3.30N、F2＝3.85N和F3＝4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。图实­3­5实验数据处理方法(1)F1和F2的大小要根据标度画出。(2)应用平行四边形定则求合力F合时，F合的大小要根据标度和对角线的长度计算得出。(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。实验装置如图实­3­6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实­3­7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Fa、Fb的大小关系为________。误差来源分析第1问中的合力的理论值与实际值差别太大，通过实验证实为橡皮筋弹性发生变化引起。另外：作图标度的选取，作图等也会引起实验误差。Fa＝Fb(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BD(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注意事项。[答案]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。)实验注意事项小明想通过2中的实验探究橡皮筋多次拉伸后弹簧的变化情况，因此按照4问的要求，应从橡皮筋的弹性、受力等角度提出实验的注意事项。[题组突破]3．(2016·枣庄期中)“探究求合力的方法”的实验装置如图实­3­8甲所示。图实­3­8(1)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图甲所示。其中，细绳CO对O点的拉力大小为________N；(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上。由图求出合力的大小F合＝________N(保留两位有效数字)；(3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图丙所示，利用读得的数据，他得出了弹簧的劲度系数。那么，该弹簧的劲度系数k＝________N/m(保留两位有效数字)。解析4．某同学在做验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则实验时，把橡皮条的一端用图钉固定于P点，同时用两个弹簧测力计将橡皮条的另一端拉到位置O，这时两弹簧测力计的示数分别为FA＝3.5N、FB＝4.0N，其位置记录如图实­3­9所示。若橡皮条的活动端仅用一个弹簧测力计拉着，也把它拉到O点位置，弹簧测力计的示数为FC＝6.0N，其位置如图所示。图实­3­9(1)用5mm表示1N，在图实­3­10中作出力FA、FB和FC的图示。(2)根据平行四边形定则在图实­3­10中作出FA和FB的合力F，F的大小为______N。图实­3­10(3)实验的结果是否能验证平行四边形定则：____(填“能”或“不能”)。解析考点三实验的改进与创新[典例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。实验步骤：①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。②如图实­3­11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O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：图实­3­11实验器材的创新1将橡皮筋和弹簧秤在实验中的角色互换。2将已知劲度系数的橡皮筋代替细绳套和两弹簧秤。F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′。④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图实­3­12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FOA，OB段的拉力记为FOB。图实­3­12实验原理的创新(1)两次将秤钩的下端拉至O点，保证两次作用效果相同。(2)秤钩上涂抹少许润滑油，橡皮筋两侧弹力大小相同，均等于橡皮筋中的弹力。完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图实­3­13中画出F­l图线，根据图线求得l0＝________cm。图实­3­13(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为_____N。10.0[答案]如图甲所示1.80实验目的的创新在验证力的平行四边形定则的实验中，同时测量橡皮筋的劲度系数和原长。(3)根据给出的标度，在图实­3­14中作出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。FOO′[答案]如图乙所示图实­3­14[题组突破]5．某同学在家中用三根相同的橡皮筋(遵循胡克定律)来探究合力的方法，如图实­3­15所示，三根橡皮筋在O点相互连接，拉长后三个端点用图钉固定在A、B、C三点。在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力大小，并通过OA、OB、OC的方向确定三个拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力的方法。在实验过程中，下列说法正确的是()图实­3­15A．只需要测量橡皮筋的长度，不需要测出橡皮筋的原长B．为减小误差，应选择劲度系数尽量大的橡皮筋C．以OB、OC为两邻边作平行四边形，其对角线必与OA在一条直线上且长度与OA相等D．多次实验中即使O点不固定，也可以探究求合力的方法解析6．有同学利用如图实­3­16所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：图实­3­16(1)改变钩码个数，实验能完成的是()A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是()A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度C．用量角器量出三段绳子之间的夹角D．用天