2020高考物理一轮总复习 第二章 相互作用 实验课2 验证力的平行四边形定则课件 新人教版

第二章相互作用验证力的平行四边形定则栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、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，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力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实验步骤中只用一个弹簧测力计的拉力F′的图示．3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．三、误差分析1．读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在条件允许的情况下，尽量大一些．读数时眼睛一定要平视，要按有效数字的读数规则正确地读数和记录．2．作图误差减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．四、注意事项1．位置不变在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．2．角度合适用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．3．尽量减少误差(1)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内，形变应尽量大一些．(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．4．统一标度在同一次实验中，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．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】(2018年天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________．A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力(2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．[解析](1)为了使实验结果更具有普遍性，在实验过程中不应让橡皮条的拉力方向具有特殊的角度或位置，A错误；只要这一次实验时用一个力和用两个力拉的效果相同即可，即O点位置相同，不需要再次重复实验时的O点位置必须相同，B正确；使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时，视线应正对弹簧测力计的刻度，C正确；合力可以大于任一个分力，也可以等于分力，还可以小于任一分力，D错误．(2)A、D实验中选取的力的标度过大，导致画力时，线段太短，不利于实验精确度；B图和C图选用的标度相同，但C中力太小，不利于作平行四边形，故B符合题意．[答案](1)BC(2)B|练高分|1．(2018届北京市昌平二模)某实验小组用如图所示的装置做“验证力的平行四边形定则”实验．(1)下面关于此实验的说法，不正确的一项是________．A．如图甲，用两支弹簧测力计把橡皮条的一端拉到O点时，两支弹簧测力计之间的夹角必须取90°，以便算出合力的大小B．再用一支弹簧测力计拉橡皮条时(如图乙)，必须保证仍把橡皮条的一端拉到O点C．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正视弹簧测力计的刻度D．拉橡皮条的细线要稍长一些，用以标记细线方向的两点距离要远些(2)图丙是某同学得到的实验结果，其中________(选填“F”或“F′”)表示的是用一支弹簧测力计拉橡皮条时的结果．解析：(1)用两支弹簧测力计把橡皮条的一端拉到O点时，两支弹簧测力计之间的夹角不一定要取90°，大小适当即可，选项A不正确；再用一支弹簧测力计拉橡皮条时，必须保证仍把橡皮条的一端拉到O点，以保证等效性，选项B正确；实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正视弹簧测力计的刻度，选项C正确；拉橡皮条的细线要稍长一些，用以标记细线方向的两点距离要远些，选项D正确，故选A.(2)F′是合力的实验值，与OA共线，则F′表示的是用一支弹簧测力计拉橡皮条时的结果．答案：(1)A(2)F′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，他们都把橡皮筋的一端固定在木板上的A点，橡皮筋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筋的另一端拉到某一确定的O点，如图所示，此时细绳都与木板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小．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________(选填“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：①__________________________________________________________________，②__________________________________________________________________.解析：(1)由两分力的大小及对应的角度可得其合力的大小，故可知乙同学实验中F1、F2的合力已超出弹簧测力计的量程，所以操作不合适的是乙同学．(2)改进后的实验装置中，因合力不变，故O点的位置不一定要静止在同一点．若弹簧测力计A的指针稍超出量程，可以减小合力的大小，即减小M的质量，或者减小OA与竖直方向之间的夹角，使弹簧测力计A处于量程以内．答案：见解析考点二数据处理与误差分析——师生共研|研典例|【例】(2017年全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F的大小为________N.(2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；②F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．[解析](1)由测力计的读数规则可知，读数为4.0N．(2)①利用平行四边形定则作图；②由图可知F合＝4.0N，从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线，顶点的横坐标对应长度为1mm，顶点的纵坐标长度为20mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.[答案](1)4.0(2)①F1、F2和F合如图所示②4.00.05|练高分|1．(2016年浙江卷)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m.如图甲所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验，在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下：(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°，弹簧秤a的读数是________N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为________N.(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数________、弹簧秤b的读数________(选填“变大”“变小”或“不变”)．解析：(1)根据胡克定律，弹簧OC伸长1.00cm时弹簧的弹力Fc＝kΔx＝500×1.00×10－2N＝5.00N；由题图可知弹簧秤a的读数Fa＝3.00N，根据勾股定理，Fa2＋Fb2＝Fc2，解得Fb＝4.00N.(2)改变弹簧秤b与OC的夹角时，由于保持弹簧伸长1.00cm不变，因而Fa与Fb的合力F保持不变，根据平行四边形定则，Fa、Fb合成的平行四边形如图所示(▱OAC′B)，当弹簧秤b与OC的夹角变小时，其力的合成的平行四边形为▱OA′C′B′，由图可知a、b两弹簧秤的示数都将变大．答案：(1)3.00(3.00～3.02均正确)4.00(3.90～4.10均正确)(2)变大变大2．用图甲所示的装置做“验证力的平行四边形定则”实验．(1)某同学的实验操作如下，请完成相关内容．①在桌面上放一方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上．②用图钉把橡皮条一端固定在A点，另一端系上两根细绳，细绳的另一端系有绳套．③用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O.记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数，并________．④按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F.⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，________，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示．(2)某次实验中弹簧测力计的示数如图乙所示，则两弹簧测力计的拉力的大小分别为________N、________N.(3)某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据如图丙，请选好标度在方框中作图完成该同学未完成的实验处理．结论：_____________________________________________________________.(4)若两个弹簧测力计的读数分别为3.00N、4.00N，且两弹簧测力计拉力方向的夹角为锐角，则________(选填“能”或“不能”)用一个量程为5N的弹簧测力计测出它们的合力，理由是__________________________________________．解析：(1)③用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O，此时需要用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数．⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，此时需要读出弹簧测力计的示数，并记下细绳的方向．(2)两个弹簧测力计的读数分别为2.50N和4.00N.(3)如图所示．根据所作的图象可得到的结论是：在误差允许范围内，合力与分力是等效替代的关系，且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则．(4)不能，因为3.00N和4.00N两个力的合力会大于5N，超过弹簧测力计的量程．答案：(1)③记下两条细绳的方向⑤读出弹簧测力计的示数(2)2.504.00(3)如解析图所示在误差允许范围内，合力与分力是等效替代的关系，且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则(4)不