实验三：探究求合力的方法

第5课时实验二:探究求合力的方法实验基础热点透析实验创新素能提升实验基础固本求源提高技能原理与操作处理与分析一、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,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,作平行四边形,过O点画对角线即为合力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只用一个弹簧测力计的拉力F′的图示.二、误差分析1.弹簧测力计本身不够准确造成系统误差.2.弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差.三、注意事项1.位置不变同一次实验中橡皮条拉长后的结点O必须保持不变.2.拉力(1)细绳应适当长一些,便于确定力的方向.不要直接沿细绳方向画直线,应在细绳两端画两个射影点.取掉细绳后,连直线确定力的方向.(2)应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内.(3)弹簧测力计数据尽量大些,读数时眼睛要正视,要按有效数字正确读数和记录.3.作图(1)在同一次实验中,选定的比例要相同.(2)两分力夹角不能太大或太小,作图时两力与对边一定要平行.四、创新改进根据误差来源、改变测量工具、巧用实验原理实验误差的大小是本实验成功与否的关键,最近几年内关于这部分高考题大多是巧用实验原理,围绕误差来源和实验操作的注意事项,从改变测量工具方面命题.例如:2014年江苏卷的实验题中,就要求“对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项”;2012年浙江理综的实验题中,改变测量工具进行实验,巧用实验原理处理实验数据,如图1、图2所示.热点透析追踪热点拓宽思路实验原理及操作技巧热点一【例1】在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳.实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条.(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,应该将橡皮条和绳的结点沿相同方向拉到位置(填“同一”或“不同”).(2)同学们在操作过程中有如下讨论,其中对减小实验误差有益的说法是(填字母代号).A.用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时,拉力间的角度要小一些B.弹簧测力计、细绳、橡皮条要尽量与木板平行C.用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能小D.标记同一细绳方向的两点要远些思路点拨:(1)两分力的作用效果与合力的作用效果是等效替代关系.(2)两分力间夹角要合适,以便作图时布满整个纸张.解析:(1)只有拉到同一位置时,两次的作用效果才能相同.(2)用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时,两力间的角度应较大一些,便于实验结果更准确,故选项A错误;弹簧测力计、细绳、橡皮条要尽量与木板平行,如果不平行会导致在木板上画出的力的图示与实际不符,故选项B正确;两弹簧测力计示数之差的大小对实验没有影响,故选项C错误;标记同一细绳方向的两点比较近时,所画直线的方向误差就较大,故选项D正确.答案:(1)同一(2)BD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).实验数据处理方法热点二【例2】(2014江苏卷)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1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.(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2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3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.(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(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.思路点拨:(1)作图时选适当的标度,作出的平行四边形尽可能大.(2)在a、b两点时,结点N受到完全相同的三个力的作用.解析:(1)如图,F合=4.70N.(2)以重物为研究对象,进行受力分析:重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力,重物处于静止状态的合力为零,因橡皮筋的拉力方向相同,故橡皮筋的拉力相等,即Fa=Fb.(3)橡皮筋的形变量和所受到的力有关,选项A错误;从图上看,第2次运动轨迹远离O点,橡皮筋第2次的形变量大,选项B正确;两次拉伸到相同长度,第2次对应的力小,选项C错误;拉力越大,由题图3可得橡皮筋两次的长度差越大,故选项D正确.(4)注意选取橡皮筋的技巧:一要新;二要弹性好;三不要超过弹性限度.故拉力不应该太大;橡皮筋不能太长;选用弹性较好的橡皮筋.答案:(1)见解析(F合=4.6～4.9N都算对)(2)Fa=Fb(3)BD(4)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)方法技巧在同一实验中,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.实验创新瞻新动向探新类题改变测量工具巧用实验原理【典例】在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计.(1)为完成实验,某同学另找来一根弹簧,先测量其劲度系数,得到的实验数据如表:弹力F(N)0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x(10-2m)0.741.802.803.724.605.586.42用作图法求得该弹簧的劲度系数k=N/m;(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为N;同时利用(1)中结果获得弹簧B上的弹力值为2.50N,请画出这两个共点力的合力F合;(3)由图得到F合=N.思路点拨:(1)由图像得k=Fx,Fx图线的斜率为弹簧的劲度系数.(2)利用平行四边形定则求合力.解析:(1)如图(甲)所示,在图像上取相距较远的两点P(0.50,0.31)、Q(6.00,3.25),弹簧的劲度系数k=3.250.316.000.50N/cm≈0.53N/cm=53N/m;(2)弹簧测力计的读数为2.10N,利用作图法作出合力的图示,如图(乙)所示.(甲)(乙)(3)由(2)中图示可得F合=3.3N.答案:(1)图见解析53(51～55均可)(2)2.10(2.08～2.12均可)图见解析(3)3.3(3.1～3.5均可)命题创新以本实验为背景,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件,或通过改变实验条件、实验仪器设置题目.命题动向1:考查对实验原理的理解、实验方法的迁移命题动向2:实验器材的改进(1)用传感器测力大小.(2)钩码和滑轮的组合取代弹簧测力计.(3)用橡皮筋取代弹簧测力计.三个相同的橡皮筋,可将三个橡皮筋系于一点,互成角度地将它们拉长,记下各自的拉力方向,伸长后的长度,并测出原长,根据伸长量确定三个拉力的大小关系.素能提升模拟实验操作演练1.对于“探究求合力的方法”的实验,某同学有以下认识:A.实验中两个分力的夹角取得越大越好B.细绳以及弹簧测力计所在平面必须与木板平行C.拉橡皮条的细绳要长些,用铅笔画出两个定点的位置时,应使这两个点的距离尽量远些D.作图要用细芯铅笔,图的比例要尽量大些,要用严格的几何作图法作出平行四边形,图旁要画出表示力的比例线段,且注明每个力的大小和方向以上操作可以减小误差的是.解析:如果两个分力夹角太大,则合力很小,用平行四边形作图法得出的合力的误差也较大,所以实验中不能把夹角取得太大,A错误;为了减小摩擦,橡皮条、细绳、弹簧测力计应在同一平面内,且弹簧测力计的方向要与拉力的方向保持在一条直线上,以免挂钩与弹簧测力计之间产生摩擦,B正确;为了减小力的方向的误差,橡皮条的细绳要长些,标记方向时所画的两个点的距离要尽量远些,C正确;由于画力的图示时总是有一定的误差,为了减小画图时产生的误差,要用细芯铅笔,画的图要适当大一些,而且每个力都不应该太小,所以D正确.答案:BCD2.(2015包钢一中月考)在“探究求合力的方法”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,将橡皮条的另一端系两根细绳,细绳的另一端都有绳套.先用一个弹簧测力计钩住绳套,拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置;再用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条.某同学认为在此过程中必须注意以下几项:A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D.在用两弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等E.在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置其中正确的是.(填入相应的字母)解析:弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内.要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦,故选项C对;在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置相同,才能由等效替代法说明两分力与合力等效,故选项E对.答案:CE3.甲、乙、丙三位同学做“探究求合力的方法”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.甲同学:F1和F2的方向互相垂直,F1=3.0N、F2=3.8N;乙同学:F1和F2方向间的夹角约为30°,F1=F2=4.0N;丙同学: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正确的是哪一位?并说明原因.解析:甲同学:F1和F2的方向互相垂直,其合力大小小于5N,小于弹簧测力计的最大测量值;乙同学:F1和F2方向间的夹角约为30°,其合力大小大于5N,超过了弹簧测力计的最大测量值;丙同学:F1和F2方向间的夹角约为120°,其合力大小小于5N,小于弹簧测力计的最大测量值;这三位同学中操作不正确的是乙同学.答案:操作不正确的是乙同学,因为他这两个力的合力超过了弹簧测力计刻度的最大值5N,之后再用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉不到O点4.(2014重庆理综)为了研究人们用绳索跨越山谷过程中绳索拉力的变化规律,同学们设计了如图1所示的实验装置,他们将不可伸长轻绳的两端通过测力计(不计质量及长度)固定在相距为D的两立柱上,固定点分别为P和Q,P低于Q,绳长为L(LPQ).他们首先在绳上距离P点10cm处(标记为C)系上质量为m的重物(不滑动),由测力计读出绳PC、QC的拉力大小TP和TQ,随后,改变重物悬挂点C的位置,每次将P到C点的距离增加10cm、并读出测力计的示数,最后得到TP、TQ与绳长PC的关系曲线如图2所示,由实验可知:(1)曲线Ⅱ中拉力最大时,C与P点的距离为cm,该曲线为(选填“TP”或“TQ”)的曲线.(2)在重物从P移到Q的整个过程中,受到最大拉力的是(选填“P”或“Q”)点所在的立柱.(3)在曲线Ⅰ、Ⅱ相交处,可读出绳的拉力T0=N,它与L、D、m和重力加速度g的关系为T0=.解析:(1)从图像可以看出,曲线Ⅱ中拉力最大时,C与P点的距离为60cm;在横坐标10cm对应的纵坐标,拉力分别为