（新课标）2020高考物理一轮复习 2.5 实验：验证力的平行四边形定则课件 新人教版

2．5实验：验证力的平行四边形定则知识清单考点整合集中记忆一、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．学习应用作图法处理实验数据．二、实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等．三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、细绳套(两个)、橡皮条、三角板，刻度尺、图钉、铅笔．四、实验步骤在方木板上固定好白纸、橡皮筋．用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使结点达到某一位置O.记下O的位置和两条细绳的方向，读出两只弹簧秤的示数F1和F2.用一只弹簧秤把橡皮条的结点拉到相同的位置O点，记下细绳的方向，读出弹簧秤的示数F′.按照一定的标度作出F1、F2和F′的图示．以F1和F2为邻边作平行四边形，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．比较F′与F是否相同．五、注意事项在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同．拉弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行，避免相碰或摩擦．在不超过量程的前提下，拉力的数值尽量大些．两拉力F1和F2夹角不宜过小，也不要太大．标记同一细绳方向的两点要远些．作力的图示，标度要一致．考点讲练考点突破针对训练考点一实验原理与操作本实验的依据是合力与分力的等效性，在操作时要记住“一注意”和“七记录”：1．注意两次结点O的位置必须相同．2．两个弹簧秤拉橡皮条时，记录两弹簧秤示数、两绳方向和结点O的位置(五记录)．3．一个弹簧秤拉橡皮条时，记录弹簧秤示数和细绳方向(二记录)．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木板上一点，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，使得橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示，请将以下的实验操作和处理补充完整：①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、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进行实验．【答案】③沿此时细绳的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线⑥F和F3【解析】③需要记录拉力的方向，⑥应该比较平行四边形定则作出的合力F和实际值F3的大小和方向是否一样．在做“验证力的平行四边形定则的实验”中，在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在A点上，另一端连接两根细线，然后通过细线用两个互成角度的弹簧秤来拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一点O，此时需记录下：(1)________________________________________________，(2)________________________________________________，(3)________________________________________________．然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到O点后再记录下：(4)________________________________________________，(5)________________________________________________．(6)如图所示，是该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图，请选好比例在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理．【答案】(1)两弹簧秤的读数(2)结点O的位置(3)两细线的方向(4)弹簧秤的读数(5)细线的方向(6)作图像时以O点为起点作F1、F2、F′的图示，且要按同一比例；要用三角板和刻度尺规范地作出平行四边形，如图所示．考点二数据处理与误差分析1．本实验用作图法处理数据，要注意三个力的图示必须用同一标度，要选取合适的标度，使力的图示在坐标纸中的比例尽量大些．2．根据二力平衡条件，实验得到的合力F′一定与橡皮筋在一条线上，用平行四边形定则作出的合力F由于实验误差偏离此直线，可应用平行四边形图示法分析误差产生的原因．(2017·课标全国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像皮筋，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；(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．【答案】(1)4.0(2)4.00.05【解析】(1)弹簧测力计的最小刻度为0.2N，由图可知，F的大小为4.0N．(2)(ⅰ)根据图示法作出力的示意图，根据平行四边形定则得出合力，如图所示．(ⅱ)由图可知，F合的大小为4.0N，根据数学几何关系知，F合与拉力F的夹角的正切值为：tanα＝ΔFF＝0.24＝0.05.(2018·天津)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”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，如下图所示．其中对于提高实验精度最有利的是________．【答案】(1)BC；(2)B【解析】(1)A项，F1、F2方向间夹角大小适当即可，不一定要橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上，故A项错误；B项，合力与分力的效果是相同的，所以在同一次实验时，结点O的位置要相同；而在重复实验时，结点O的位置可以与前一次不同．故B项正确；C项，使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，可以减小由于摩擦产生的误差；读数时视线应正对测力计刻度，可以减小偶然误差．故C项正确；D项，用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力不一定必须都小于只用一个测力计时的拉力，故D项错误；(2)为了便于确定拉力的方向，拉橡皮条的细绳要稍长一些，同时在纸上描点时，所描的点不要太靠近结点，A项错误；B项，该图中所描的点到结点的距离适中，力的大小适中，而且两个力的角度的大小也适中．故B项正确；C项，两分力适当大点，读数时相对误差小，但不宜太大，该图中的读数都太小，故C项错误；D项，该图中两个分力之间的夹角太小，这样误差容易大，故D项错误．考点三实验拓展与创新对本实验的改进思路主要有：(1)用砝码替代弹簧秤．(2)弹簧或橡皮筋替代弹簧秤等．但不论形式怎样变化，考虑问题都要依据两个最基本的规律：1．三个共点力平衡条件．2．合力与分力的作用效果相同．(2018·昆明二模)某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验，装置如图甲所示，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点O处下方悬挂钩码，力传感器1，2的示数分别为F1，F2，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角，实验中使用若干相同的钩码，每个钩码的质量均为100克，取g＝9.8m/s2.(1)关于实验，下列说法正确的是________．A．实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内B．每次实验都必须保证结点位于O点C．实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向D．实验时还需要一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据每次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了F1，F2，请你作图得到F1，F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因__________________________________________________________________.【答案】(1)AC(2)图见解析；定滑轮有摩擦【解析】(1)A项，本实验重力在竖直方向上，要在竖直方向作平行四边形，则实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，故A项正确；B项，因为要画平行四边形，则需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，但钩码重力、两力传感器的示数和三绳的方向都已知，所以不必保证结点每次都在同一位置，故B项错误，C项正确；D项，因为每个钩码的重力已知，所以不需要用力传感器测钩码总重力，故D项错误；(2)根据平行四边形定则作出合力F如图所示：由于定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等原因导致该合力不完全竖直．(2015·山东)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如图甲所示，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：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新记为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，如图乙所示．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.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出F－l图线，根据图线求得l0＝________cm.(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.(3)根据给出的标度，在图中作出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．【答案】(1)10.00(2)1.80(3)见解析(4)FOO′【解析】(1)作出F­l图像，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.00cm；(2)可计算橡皮筋的劲度系数为k＝ΔFΔx＝10.02N/m＝50N/m；若OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则橡皮筋的弹力F＝kΔl＝50×(6.00＋7.60－10.0)×10－2N＝1.80N；则此时FOA＝F＝1.80N；(3)如图；(4)通过比较F′和FOO′′的大小和方向，可得出实验结论．(2018·蚌埠三模)某小组利用橡皮筋(满足胡克定律)验证力的平行四边形定则，如图甲所示，把贴有白纸的木板放在水平桌面上，他们将完全相同的三根橡皮筋的