【物理】2019届一轮复习人教版 实验：验证力的平行四边形定则 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 实验：验证力的平行四边形定则 学案

‎ ‎ 重难点1 验证力的平行四边形定则 ‎ ‎ 一、实验仪器 方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（若干）、铅笔．‎ 二、实验原理 ‎1．合力F′的确定：一个力F′的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点，则F′为F1和F2的合力． ^源:中教 ]‎ ‎2．合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示．‎ ‎3．平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F′和F是否大小相等、方向相同．‎ 三、实验步骤 中 教 ]‎ ‎1．在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲所示，用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A点，在橡皮条的另一端拴上两个细绳套．‎ ‎ ‎ ‎2．用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条将结点拉到某位置O，用铅笔描下结点的位置、细绳的方向，并记录两弹簧测力计的读数．‎ ‎3．如图乙所示，按适当的比例作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板，以F1、F2为邻边画出平行四边形，并画出对角线F.‎ ‎4．用一个弹簧测力计把橡皮条拉到同一位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向，并用同样的比例作出这个力F′的图示．‎ ‎5．比较F与F′的大小和方向，看它们在实验误差允许范围内是否相同，从而验证平行四边形定则．‎ 四、注意事项 ‎1．结点 ‎（1）定位O点时要力求准确；‎ ‎（2）同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持位置不变．‎ ‎2．拉力 ‎（1）用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向； ^step . com ]‎ ‎（2）应使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；‎ ‎（3）两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小．[www . ^ step. c om]‎ ‎3．作图 ‎（1）在同一次实验中，选定的比例要相同；‎ ‎（2）严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．‎ 五、误差分析 ‎1．弹簧测力计使用前没调零会造成误差．‎ ‎2．使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差．‎ ‎3．两次测量拉力时，橡皮条的结点没有拉到同一点会造成偶然误差．‎ ‎4．两个分力的夹角太小或太大以及F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，都会造成偶然误差. ‎ ‎【典例精析】‎ ‎【例1】做“探究求合力的方法”的实验时：‎ ‎（1）除已有的器材（方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔）外，还必须有 和 ．‎ ‎（2）在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：① ；② ；③ .然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达 ，再记下 ．‎ ‎（3）在某次实验中，某同 的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置．图中 是力F1与F2的合力的理论值； 是力F1与F2的合力的实验值．通过把 和 进行比较，验证平行四边形定则．‎ ‎ ‎ ‎【参考答案】（1）三角板 橡皮条 （2）①O点位置 ②细绳所指方向 ③相应弹簧测力计读数 ‎ 同一位置O点 弹簧测力计读数和细绳方向 （3）F F′ F F′‎ ‎【精准解析】（1）做“探究求合力的方法”的实验时，除已有的器材（方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔）外，还必须有三角板（做平行四边形用）和橡皮筋。‎ ‎（2）由于“探究求合力的方法”的实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置、弹簧测力计的读数及力的方向．所以通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：①O点位置；细绳所指方向 ③相应弹簧测力计读数。.然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达同一位置O点，再记下弹簧测力计读数和细绳方向．‎ ‎（3）合力的实验值应该为沿OA方向，理论值为以两分力为平行四边形两邻边画出的平行四边形的对角线，所以图中F 是力F1与F2的合力的理论值；F ‘是力F1与F2的合力的实验值．通过把F 和F ‘进行比较，若在实验误差范围内，即验证了平行四边形定则．‎ ‎【例2】某同 用如图甲所示的装置探究求合力的方法．将一木板（图中未画出）竖直放置与铁架台和轻弹簧所在平面平行．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：[来 源:中 ^ 国教育出版 ]‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎（1）如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；‎ ‎（2）卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的 及两弹簧测力计相应的读数．图乙中B弹簧测力计的读数为 N；‎ ‎（3）该同 在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F′； ste p.co m^]‎ ‎（4）已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，得出结论： .[www. ste p ]‎ ‎【参考答案】（2）方向 11.40 （3）如图所示 （4）在实验误差允许范围内F和F′相等 ‎ ‎ ‎【精准解析】（2）由于“探究求合力的方法”的实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置、弹簧测力计的读数及力的方向．所以卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数．根据弹簧秤读数规则，图乙中B弹簧测力计的读数为11.40N；[来^源:中 教 ]‎ ‎（4）已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，二者在实验误差允许范围内相同，得出结论：在实验误差允许范围内F和F′相等。‎ ‎【例3】在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳．实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条．[ :中教 ]‎ ‎（1）实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列说法正确的是 ．‎ A．将橡皮条拉伸相同长度即可 B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C．将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D．将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 ‎（2）同 们在操作过程中有如下讨论，其中对减小实验误差有益的说法是 ． 中 国教育出^ 版 ]‎ A．两细绳必须等长 B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行[来 源:中国^ 教 育出版 ]‎ C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些[来 源:中 国 教育出 版 ]‎ ‎【参考答案】（1）BD （2）BD ‎【精准解析】（1）该实验的关键是等效替代，故选B、D.[来^ 源:中教 ]‎ ‎（2）对减小实验误差有益的说法是：弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，可以减小方向误差，所以选项BD正确。[ww w . step^.c om ]‎ ‎ ‎ ‎1．（实验注意事项）（多选）在做“探究求合力的方法”的实验时，先用两个弹簧测力计拉橡皮条，再用一个弹簧测力计拉橡皮条，两次须使橡皮条的结点达到同一位置，这样做是为了[来^ 源:中教 ]‎ A．便于测量力的大小 B．使两个分力和它的合力产生相同的效果 中 国 教 育出 版 ]‎ C．使两个分力和它的合力有相同的作用点 D．便于画出分力与合力的方向 ‎【答案】BC ‎2．（实验原理及步骤）某同 做“探究求合力的方法”实验时，主要步骤有：‎ 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； ^ st ep. com ]‎ 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；‎ 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；[www . st e p ]‎ F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论． ^ 中 国教育出版 ]‎ 上述步骤中：[来 源:中^国教育 出版 ]‎ ‎（1）有重要遗漏的步骤的序号是 和 ；‎ ‎（2）遗漏的内容分别是 和 ．‎ ‎【答案】（1）C E （2）C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”‎ ‎【解析】（1）根据“探究求合力的方法”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C、E.[ : step ]‎ ‎（2）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同一位置O.‎ ‎3．（实验原理及步骤）李明同 在做“探究求合力的方法”实验时，利用坐标纸记下了橡皮条的结点位置O以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图（a）所示．‎ ‎ ‎ ‎（1）试在图（a）中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力．‎ ‎（2）（多选）有关此实验，下列叙述正确的是 。‎ A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大 B．橡皮条的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C．两次拉橡皮条时，需将橡皮条结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同 D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮条结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可 ‎（3）如图（b）所示是张华和李明两位同 在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示）‎ ‎【答案】（1）如图所示 （2）AC （3）张华的实验比较符合实验事实 s tep.^com ]‎ ‎ ‎ ‎（3）弹簧测力计的两个力的合力一般不沿橡皮条方向，所以张华的实验比较符合实验事实。‎ ‎ ‎ 重难点2 验证力的平行四边形定则的三种方法 ‎ ‎ 验证“力的平行四边形定则”（或探究求合力的方法）实验通常有三种做法：‎ 第一种是在水平面内，先用两个弹簧秤以一定角度拉一个橡皮筋，拉到O点。记下两个弹簧秤的读数和拉力方向；然后用一个弹簧秤将同一橡皮筋拉到O点。记下该弹簧秤的读数和拉力方向。用力的图示作图来说明力的平行四边形定则。‎ 第二种做法是在竖直平面内，用两个弹簧秤以一定角度悬挂一个重物，记下两个弹簧秤的读数和方向、重物的质量，用力的图示作图来说明力的平行四边形定则。‎ 第三种做法是在竖直平面内，如图所示，利用定滑轮将钩码重力转化为细线拉力，两次把同一橡皮筋拉到同一点O。用力的图示作图来说明力的平行四边形定则。‎ 分析上述三种做法可知，第一和第三种方法都需要把同一橡皮筋拉到同一点，第二种方法实质是三力平衡，其O点可以任意。‎ ‎ ‎ ‎【典例精析】‎ ‎【例1】（2009·山东）某同 在家中尝试验证平行四边形定则，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[w ww. s^tep .co m]‎ ‎（2）钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次实验验证，可采用的方法是 ‎ ‎【参考答案】（1）bcd （2）更换质量不同的重物 ‎【例2】如图甲为“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 ^ s tep.c o m]‎ 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[来^ 源: 中教 ]‎ D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°[w w w. ^step.c om]‎ ‎（2）弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为 N。‎ ‎（3）某课题小组在《互成角度的两个共点力的合成》实验中，做好实验准备后，先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O，此时他们需要记录的是O点位置， 和 ，接着用一个弹簧秤拉橡皮条，要特别注意的是 。‎ ‎【参考答案】（1）AC ‎ ‎（2）4.00 ‎ ‎（3）两弹簧秤的读数 两细绳套的方向 一定要将橡皮条结点拉至O点 ‎【精准解析】（1）由于滑轮两侧细线中拉力相等，弹簧测力计拉细线时，拉力方向不是必须竖直向下，选项B错误。为减小测量误差，F1、F2方向间夹角不要太小或太大，不是必须为90°，选项D错误。‎ ‎（2）弹簧测力计最小刻度为0.1N，读数要估读到0.01N，由图可知拉力的大小为4.00N。‎ ‎（3）做“互成角度的两个共点力的合成”实验，要先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O，此时他们需要记录的是O点位置，两弹簧秤的读数 和两细绳套的方向。接着用一个弹簧秤拉橡皮条，一定要将橡皮条结点拉至O点。‎ ‎ ‎ ‎1．某探究小组做“验证力的平行四边形定则”，‎ ‎（1）小华同 做此实验主要步骤如下：‎ A．在桌面上放一块方木板，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．用两个弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记下O点的位置， 读出两个弹簧秤的示数F1和F2，‎ D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，以F1和F2为邻边做平行四边形，求出合力F合。‎ E．只用一只弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图；‎ F．比较力和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。‎ 小华同 在ABCDEF中有重要遗漏的步骤的序号是 和 ；‎ 遗漏的内容分别别是 和 。 中 国教育出版^ ]‎ ‎（2）小明同 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．如图甲所示．将橡皮筋的一端Q固定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．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甲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＝2.10N和F2＝2.83N，用‎5mm长度的线段表示0.5N的力，以O为作用点．在图甲中画出力F1、F2的图示． ‎ ‎ [ : s tep ^ ]‎ ‎【答案】（1）C E 记下两条细绳的方向 将结点拉到同一位置O点 （2）如图所示 ^ step ]‎ ‎ ‎ ‎【解析】（1）实验中有重要遗漏的步骤的序号是C和E；分别是：C中要记下两条细绳的方向；E中要将结点拉到同一位置O点.‎ ‎（2）作F1、F2的图示，作出合力F，F长为‎20mm，所以F大小为4.0N，F与拉力的夹角的正切为0.05。‎ ‎2．（1）小丽用如图甲所示的装置验证“力的平行四边形定则”。用一木板竖直放在铁架台和弹簧所在平面后。其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：‎ A．如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；‎ B．卸下钩码然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧秤将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的 及两弹簧秤相应的读数。图乙中B弹簧秤的读数为 N；‎ C．小丽在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F’；‎ D．已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F’，得出结论。‎ ‎ ‎ ‎（2）某同 对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣，于是，他将刻度尺与弹簧测力计平行放置，如图丁所示，利用读得的数据，他得出了弹簧的劲度系数。那么，该弹簧的劲度系数k= N/m（保留两位有效数字）。‎ ‎【答案】（1）方向 11.40 如图所示 （2）60‎ ‎ ‎ ‎ [中^国教 育 出版 ]‎ ‎ 中 国 教 育出版 ]‎