2020版高考物理一轮复习 实验三 验证力的平行四边形定则课件

第二章相互作用返回导航●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．返回导航(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．●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.返回导航返回导航热点一实验原理及操作技巧【典例】(2018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(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．返回导航(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(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返回导航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FE．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′的图示返回导航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____________．〖思路探究〗在实验中F和F′分别由平行四边形定则及实验得出，明确理论值和实验值的区别；本实验中采用了两个力的合力与一个力效果相同来验证力的平行四边形定则．返回导航解析：(1)实验中F是由平行四边形得出的，而F′是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮条的方向相同，由于实验过程不可避免地存在误差，因此理论值和实验值存在一定的偏差．(2)本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法．(3)C中遗漏“记下两条细绳的方向”，E中遗漏“把橡皮条的结点拉到同一位置O”．答案：(1)F′(2)B(3)①CE②C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”返回导航操作不忘“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)．返回导航热点二实验数据处理【典例】(2017课标Ⅲ，22)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.返回导航(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.(ⅰ)用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，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；返回导航(ⅱ)F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．〖思路探究〗(1)弹簧测力计示数需要估读；(2)作图时按统一标度画出F1，F2；(3)夹角正切值涉及小角近似．返回导航解析：(1)由题给测力计示数可知，读数为4.0N.(2)作图，F2长度为28mm，F1长度为21mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20mm，大小代表4.0N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值．答案：(1)4.0(2)(ⅰ)如图所示(ⅱ)4.00.05返回导航(1)在同一实验中，画力的图示选定标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．(2)橡皮筋挂在秤钩上，两段橡皮筋上的拉力大小相等．返回导航原型是什么1．两弹簧测力计的拉力为分力．2．只用一个弹簧测力计时的拉力为合力．3．作平行四边形验证合力与分力的关系.返回导航高考怎么考题情一：(2015山东理综，21题)创新点：1．贴白纸的木板由水平改为竖直．2．弹簧测力计的读数为合力．3．滑轮模型，橡皮筋的拉力为分力，利用胡克定律求出．返回导航题情二：(2017课标Ⅲ，22题)创新点：(1)作力的平行四边形求合力．(2)正切值涉小角近似返回导航还能怎么考题情一：(2018安庆模拟)创新点：1．橡皮筋替代弹簧测力计．2．根据伸长量确定弹力大小的关系．3．两根橡皮筋的共同作用效果与一根橡皮筋的作用效果均与重物的重力等大反向．返回导航题情二：(2018信阳模拟)创新点：合力和分力均用钩码的重力代替.返回导航应该怎么办复习启示验证力的平行四边形定则实验，由常规的实验装置逐渐向时代化过渡，由弹簧测力计的拉力作为分力过渡到用钩码重力作为分力，由橡皮条的拉力作为合力过渡到弹簧测力计的拉力或钩码的重力作为合力．还有三条完全相同的橡皮条的拉力代替合力和分力．应对策略本实验一般是在教材实验原理的基础上改变实验器材进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重器材变化后分力和合力的分析判断能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.返回导航1．(2018天津卷)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所有器材有：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，其中正确的是______。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返回导航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点，如下图所示，其中对于提高实验精确最有利的是________。返回导航答案：①BC②B返回导航2．(1)如图1所示是甲、乙两位同学在“探究力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(选填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的．返回导航(2)如图2，某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A，B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物．①为完成实验，下述操作中必需的是________．A．测量细绳的长度B．测量橡皮筋的原长C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度D．记录悬挂重物后结点O的位置②钉子位置固定，欲利用现有的器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_________________________________．返回导航解析：(1)由于误差的存在用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力即F′与橡皮条拉力一定在同一直线上，F1和F2的合力理论值一定在平行四边形的对角线上，故甲符合实验事实．(2)①三条橡皮筋遵循胡克定律，要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到橡皮筋的伸长量，研究拉力与伸长量的倍数来根据比例作力的图示．为了测量出悬挂重物后橡皮筋的长度和OA、OB的方向，必须记下O点的位置来作参照．不需要测量细绳的长度．故B，C，D正确，A错误．②在其他条件不变的情况下，要改变实验效果，只有改变重物的质量．故可采用的方法是更换不同的重物．答案：(1)甲(2)①BCD②更换不同的重物返回导航3．(2018安庆模拟)某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则，他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图1，将两条橡皮筋的一端与细绳连接，结点为O，细绳下挂一重物，两橡皮筋的另一端也都连有细绳．实验时，先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子A上，另一条橡皮筋任其下垂，再将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定在墙上的钉子B上，如图．返回导航(1)为完成实验，下述操作中必需的是________．A．两橡皮筋的另一端连接的细绳a、b长度要相同B．要测量橡皮筋的原长C．要测量图1和图2中橡皮筋的长度D．要记录图1中结点O的位置及过结点O的竖直方向E．要记录图2中结点O的位置及过结点O的竖直方向(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的是________．A．橡皮筋的材料和原长相同即可B．橡皮筋的材料和粗细相同即可C．橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同返回导航解析：(1)两橡皮筋的另一端连接的细绳a，b长度不一定要相同；要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到橡皮筋的伸长量，研究拉力与伸长量的倍数来根据比例作力的图示；为了正确作出合力与分力的图示，必须记下O点的位置及过结点O的竖直方向．(2)橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同．答案：(1)BCE(2)C返回导航4．(2018梅县校级模拟)图(甲)为“探究求合力的方法”的实验装置．(1)下列说法中正确的是________．A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°E．弹簧测力计的指针如图(乙)所示，由图可知拉力的大小为4.0N返回导航(2)某同学在调整了定滑轮的位置的情况下，在验证力的平行四边形定则实验中得到如下数据，请选择合适的标度在图(丙)中作图完成实验数据的处理．返回导航解析：(1)在同一组数据中，只有当橡皮条结点O的位置不发生变化时，两个力的作用效果和一个力的作用效果才相同，才可以验证平行四边形定则；弹簧测力计拉细线时，方向不一定向下，只要把O点拉到同一位置即可；在测力时不能超过弹簧测力计的量程；F1，F2方向间夹角为90°并不能减小误差；由图(乙)弹簧测力计的指针指示可知，拉力F的大小为4.00N.返回导航(2)取标度如图，分别作出F1和F2的力的图示如图，并以F1和F2为邻边作平行四边形，画出所夹对角线为F，即为根据平行四边形定则作出的理论值；再画出F′的图示，可见在误差范围内F与F′接近重合，这就验证了力的平行四边形定则．答案：(1)AC(2)见解析返回导航5．某同学在“探究弹簧和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m.如图1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．返回导航(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°