2022届高考物理一轮复习实验三验证力的平行四边形定则学案新人教版

word 文档 - 1 - / 16 实验三 验证力的平行四边形定则 实验溯本求源 ●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，去掉细绳后，连直线确定力的方向． word 文档 - 2 - / 16 (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． ●误差分析 产生原因 减小方法 偶然 误差 读数 误差 弹簧测力计数据在允许的条件下尽量大些，读 数时眼睛要正视 作图误差 两分力夹角不能太大或太小，作图时两力的对 边一定要平行 系统 误差 弹簧测力计 本身的误差 选较精确的弹簧测力计 实验热点探究 热点一 教材原型实验 题型 1|实验原理与操作 例 1 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 word 文档 - 3 - / 16 条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 与 OC 为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出 的图． (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 X 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 F1 和 F2； D．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； 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 F′，记 下细绳的方向，按同一标度作出 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． word 文档 - 4 - / 16 上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的选项是________和________； ②遗漏的内容分别是________________________________________ 和________________________________________________________． 题型 2|数据处理及分析 例 2 [2017·全国卷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 1 mm)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＝4.2 N 和 F2＝5.6 N. ①用 5 mm 长度的线段表示 1 N 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 X 围之内，则该实验验证了力 word 文档 - 5 - / 16 的平行四边形定则． 图 1 练 1 某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木板一块，白 纸，量程为 0～5 N 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)如图 1 所示的弹簧测力计的示数为________N. (2)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________(填选项 前的字母)． A．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置 O 时，拉力要适当大些 B．再次进行验证时，结点 O 的位置必须保持相同 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．拉橡皮条的细绳要长一些，标记同一细绳方向的两点要远一些 (3)该小组的同学用如图 2 所示的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 3 所示，其中对于提 高实验精度最有利的是________(填选项字母)． word 文档 - 6 - / 16 练 2 [2020·某某模拟]如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”的实验装置图，其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 点为橡皮条与细绳的结点，OB 和 OC 均为一端连接弹簧测力计的挂 钩，另一端连接结点 O 的细绳．图乙是某实验小组在白纸上根据实验结果画出的图． (1)本实验采用的科学方法是________． A．理想实验法 B．控制变量法 C．等效替代法 D．建立物理模型法 (2)实验中，小 X 同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力 F1 和 F2，图中小正方形 的边长表示 2 N，F 为根据平行四边形定则作出的合力(图中未画出)，设 F1、F2 与 F 的夹角分 别为θ1 与θ2，则下列选项正确的是________． word 文档 - 7 - / 16 A．F1＝4 N B．F＝12 NC．θ1＝35° D．θ1θ2，B 项正确． (3)在同一次实验中，O 点的位置不能变动，但重复进行实验时，O 点的位置是可以变动 的． 答案：(1)C (2)B (3)可以 例 3 解析：(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于 细线中的拉力，选项 A 正确；该装置每次实验不需要保证结点位于 O 点，选项 B 错误；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，选项 C 正确；悬挂于 O 点钩码的 总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项 D 错误．(2)利用平行四边形定 则作出 F1 和 F2 的合力 F.该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖 直放置等． 答案：(1)AC (2)如图所示 定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即 可) word 文档 - 15 - / 16 例 4 解析：(1)第④步中还应记录的是弹簧测力计拉力(即细线 Pc)的方向，以便⑤中验 证平行四边形定则；(2)第⑤步中，钩码的重力、橡皮条的拉力和弹簧测力计的拉力三力平衡， 则橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于重力 G，方向与重力方向相反，即竖直向上． 答案：(1)弹簧测力计拉力(即细线 Pc)的方向 (2)G 竖直向上 练3 解析：(1)由题图甲知刻度尺的分度值为1 mm，则弹簧P的长度为L1＝17.50 cm.(2) 若要验证力的平行四边形定则，则两弹簧拉力的合力与矿泉水瓶的重力等大反向，根据几何 关系可知，当两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等时，F1、F2 的合力与矿泉水瓶的重力 mg 等大反向，验证了力的平行四边形定则，此时 L2＝17.50 cm， θ＝60°. 答案：(1)17.50 (2)17.50 60° 练 4 解析：(1)根据力的平行四边形定则计算出绳套 1 的拉力 F′1＝F tan 30°＝ 3 3 F，比较 F1 和 F′1 的大小，即可初步验证力的平行四边形定则． (2)保持绳套 2 方向不变，绳套 1 从图示位置向下缓慢转动 60°，此过程中保持橡皮筋的 结点在 O 点不动，说明绳套 1 和绳套 2 拉力的合力不变，绳套 1 转动过程受力分析如图所示， 故绳套 1 的拉力先减小后增大，D 项正确． word 文档 - 16 - / 16 答案：(1) 3 3 FF1 与 F′1 的大小 (2)D 练 5 解析：(1)要测量装满水的水壶的重力，则记下水壶静止时电子秤的示数 F.(2)要画 出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点 O 的位置的同时也要 记录三细线的方向以及电子秤的示数 F1.(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力 的大小，则结点 O 位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点 O 的位置和三根细 线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数 F2.(4)根据平行四边形定则作出 F1、F2 的合力 F′的 图示，若 F 和 F′在误差允许 X 围内重合，则平行四边形定则得到验证． 答案：(1)静止 (2)三细线的方向 (3)结点 O 的位置 (4)F 和 F′在误差允许 X 围内重合