2010届高三物理一轮复习：(5)实验 验证力的平行四边形定则课件

第五单元实验：验证力的平行四边形定则典例研析类型一：对实验方法和实验步骤的考查【例1】某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：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勾住绳套，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.只用一个弹簧测力计，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_______________.思路点拨：考查学生对实验原理的理解，对实验过程、实验步骤的掌握情况.解析：据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E.在C中未记下两条细绳的方向.E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.答案：（1）CE（2）记下两条绳的方向把橡皮条的结点拉到同一位置O方法技巧：这类题的解答关键是理解实验原理，复习时要引起重视，然后合理设计实验步骤完成实验.针对训练1－1：在“验证力的平行四边形定则”的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把结点拉到某一确定的O点，以下操作错误的是（）A.同一次实验过程中，O点的位置允许变动B.实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度C.实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计的大小和方向，把橡皮条的另一端拉到O点D.实验中两弹簧测力计的示数必须相同解析：从橡皮条固定点到O点的连线方向，是合力的作用线方向.如果O点变动，那么合力的大小、方向就要变化，力的作用效果就不相同，故A错；C选项中，因一个弹簧测力计已拉到最大量程，再通过另一个弹簧测力计拉，使橡皮条结点到O点时，第一个弹簧测力计有可能超过量程，损坏弹簧测力计，违反仪器使用规则，故C错；D选项中，认为两拉力必须相同是没必要的，是错误的.答案：ACD.类型二：对实验原理、实验误差的分析【例2】（2009年北京东城）在做“验证力的平行四边形定则”实验中，若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏，如图2－5－2所示，但F大于等于F′，引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏_____________，F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏_____________.图2－5－2思路点拨：根据平行四边形定则作图，由平行四边形的边角关系判断.解析：作平行四边形合成图如图2－5－3，F1的真实值为F10.合力的真实值为F′，F1为测量值，合力的测量值为F，由图可知，F1的大小比真实值偏大，F1的方向使它与F2的方向夹角比真实值偏大，大于α0.图2－5－3答案：大大方法技巧：作图法是物理学的重要研究方法之一，也是分析问题的一种方法.在复习过程中要有意识地进行训练.认真进行误差分析，找出误差产生的原因，才能进一步改进实验方法，提高实验的精确度，得到更合理的结论.针对训练2－1：在做“验证力的平行四边形定则”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，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2－5－4所示，是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果，其中F是用作图法得到的合力，F′是通过实验测得的合力，则哪个实验结果是符合实验事实的？_____________（填“甲”或“乙”）图2－5－4解析：本题主要考查验证力的平行四边形定则的实验步骤、原理及结果分析等.因为F′是只用一个弹簧测力计拉橡皮条得到的，所以拉力的方向（实验中测得的合力方向）一定沿着橡皮条的方向，即F′的方向沿着橡皮条的方向.实验中用作图法得到的合力F由于实验误差，不一定沿着橡皮条的方向，故（甲）图更符合实验事实.答案：甲类型三：实验数据处理的考查【例3】将橡皮条的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳.每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计.沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图2－5－5（甲）所示，这时弹簧测力计的读数可以从图中读出.（1）由图可读得两个相互垂直的拉力大小分别为_______________N和_______________N.（只需读到0.1N）；（2）在图2－5－5（乙）的虚线方格上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.图2－5－5思路点拨：弹簧测力计的读数要注意量程，作图时要首先定好坐标，先画出两个力的图示，再根据力的平行四边形定则作出合力.解析：（1）由图读出水平方向弹簧测力计的示数为4.0N，竖直方向弹簧测力计的示数为2.5N.（2）作图如图2－5－6所示.图2－5－6答案：（1）4.02.5（2）见解析方法技巧：注意弹簧测力计的最小刻度和量程，按题目要求或有效数字规则进行读数，才能得到正确的测量结果；认真作图是得到正确结果的保证，应恰当选取合适的标度.针对训练3－1：如图2－5－7所示，在“验证力的平行四边形定则”的实验中，用两个弹簧测力计把橡皮条拉到一定长度并记下结点O后，再改用一个弹簧测力计拉时，也要把橡皮条拉到同一结点O的原因是：_______________.在坐标图中已画出两弹簧测力计拉力的图示，已知方格每边长度表示1.0N，试用作图法画出合力F的图示，并由此得出合力F的大小为_______________N.（保留两位有效数字）图2－5－7解析：在图上作平行四边形，可知合力大小、方向，得F=7.0N方向从图上确定.答案：使两个力的作用效果和一个力的作用效果相同或使效果相同图略7.0备选例题【例题】在“验证力的平行四边形定则”实验中，除了必要的器材外，只有一个弹簧测力计，能完成实验吗？如果能，应如何操作？解析：可以用一个弹簧测力计先后测定两分力的大小来验证本实验.主要操作步骤如下：（1）把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，然后同时拉这两条细绳，使结点至O点，记下两条绳的方向和弹簧测力计的示数F1.（2）放回橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一条细绳上，再同时拉这两条细绳，使结点至O点，并使两条细绳位于已经记录的方向上，读出弹簧测力计的示数F2.其他步骤与使用两个弹簧测力计时相同.答案：见解析考点演练达标提升1.在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力的作用效果相同，这里作用效果是指（D）A.弹簧测力计的弹簧被拉长B.固定橡皮条的图钉受拉力产生形变C.细绳套受拉力产生形变D.使橡皮条在某一方向上伸长到某一长度解析：合力与分力之间是等效替代关系，所以在实验中的作用效果相同，是指橡皮条的伸长量相同且伸长到同一位置.2.在做“验证力的平行四边形定则”实验时，使用弹簧测力计必须注意（ABCDE）A.测量前检查弹簧测力计的指针是否指在零点B.测量前应把两弹簧测力计互相勾在一起并对拉，观察它们的示数是否相同，应选用示数相同的一对弹簧测力计C.在用弹簧测力计拉橡皮条时，外壳不要与纸面摩擦D.在用弹簧测力计拉橡皮条时，要使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行E.在用弹簧测力计拉橡皮条时，细绳和弹簧测力计的轴线应在一条直线上解析：AB选项是为了读数准确，CDE可以保证准确的测出拉力的大小.3.在“验证力的平行四边形定则”的实验中，下列哪些方法可减小实验误差（ACD）A.两个分力F1、F2间的夹角要适当大些B.两分力F1、F2应尽可能大C.拉橡皮条的细绳要稍长一些D.实验中结点必须拉到同一位置解析：如果两个分力F1、F2的大小适当，则两个分力测量的相对误差就会小一些，结果就会准确一些，但不是越大越好，拉橡皮条的细绳稍长一些，则画出的力的方向就准确些；实验中，为保证效果相同，必须使结点到达同一位置，故ACD正确.4.如图2－5－8所示，用A、B两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到O点（α+β＜2），现保持A的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计B的拉力大小和方向，可使O点保持不变，这时：图2－5－8（1）B的示数应是（C）A.一定变大B.一定不变C.一定变小D.变大、不变、变小均有可能（2）夹角β的变化应是（C）A.一定变大B.一定不变C.一定变小D.变大、不变、变小均有可能解析：“使O点保持不变”即表示A、B拉力的合力的大小和方向不变，则以O为圆心，以A的拉力大小为半径画圆弧如图所示，根据平行四边形定则，按题意α减小，可知B的拉力的大小和方向均发生相应的变化，由图可知B的拉力的大小和角度β都将变小，故（1）、（2）均选C.5.在探究力的合成的实验中，橡皮条的一端固定在P点，另一端被A、B两只弹簧测力计拉伸至O点，F1、F2分别表示A、B两只弹簧测力计的读数，如图2－5－9所示.使弹簧测力计B从图示位置开始顺时针缓慢转动，在这过程中保持O点和弹簧测力计A的拉伸方向不变，则在整个过程中两弹簧测力计的读数F1、F2的变化是（D）图2－5－9A.F1减小，F2减小B.F1减小，F2增大C.F1减小，F2先增大后减小D.F1减小，F2先减小后增大解析：由于结点O的位置不变，所以F1和F2的合力大小和方向不变，画出平行四边形如图所示，弹簧测力计A的拉伸方向不变，则F1的方向不变，弹簧测力计B顺时针转动过程中，F2的大小和方向均不断改变，图中画出弹簧测力计B转动过程中的三个位置，两弹簧测力计的读数分别为F1′和F2′、F1″和F2″等等，观察表示力大小的有向线段的长短变化，可以看出弹簧测力计A的读数F1一直逐渐减小，而弹簧测力计B的读数F2先减小后增大，当弹簧测力计B转动至与弹簧测力计A垂直时F2最小.6.做“验证力的平行四边形定则”实验中，在水平放置的木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板的A点，橡皮条的另一端拴两细绳套，如图2－5－10所示，两个弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条使之伸长，到达某一位置O时需记下_____________、___________________，描下_______________，再用一个弹簧测力计勾住细绳套把橡皮条拉长，使结点到达位置_____________，再记下______________图2－5－10解析：因验证力的平行四边形定则需根据力的大小和方向做平行四边形，所以必须记录力的大小和方向，为保证合力和分力的效果相同，两次必须使结点到达同一位置.答案：两弹簧测力计的读数两细绳的方向结点位置OO点弹簧测力计的读数和细绳的方向7.用一个质量为mkg的砝码和一把刻度尺，如何测出尼龙丝所能承受的最大拉力？解析：如图所示，把尼龙丝一端固定于A点，将砝码挂在尼龙丝的中点B处，使端点A和另一端点C在同一水平面上，沿箭头方向缓慢移动C端，逐渐增大AC间的距离，用刻度尺量出尼龙丝断裂时A和C的距离（设α为AB与BC的夹角）.由此时尼龙丝张力F和拉砝码的细绳张力（等于G）之间的关系有：G=2Fcos2F=22)2(122sin122cos2ABACmgmgG由此可见，只要用刻度尺测出尼龙丝断裂时AC的距离和尼龙丝原长，即可测出尼龙丝所能承受的最大拉力.答案：见解析探究创新8.做“验证力的平行四边形定则”实验中，实验步骤如下：（1）在水平放置的木板上，固定一张白纸.（2）把橡皮条的一端固定在O点，另一端拴两根带套的细线，细线与橡皮条的交点叫做结点.（3）在纸面离O点比橡皮条略长的距离上标出A点.（4）用两个弹簧测力计分别沿水平方向拉两个绳套，把结点拉至A点，如图2－5－11所示，记下此时两力F1和F2的方向和大小.图2－5－11（5）改用一个弹簧测力计沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至A点，记下此时F的方向和大小.（6）拆下弹簧测力计和橡皮条.请你写出下