【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(1)

【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(1)

‎1. 在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,假如一个分力F1的方向不变,为了使橡皮条仍然伸长到O点,则关于另一个分力F2,下说列法正确的有(　　)。‎ A.F2的方向和大小唯一确定 B.F2的大小是唯一的,方向可以多个 C.F2的方向和大小可以有多个 D.F2的方向是唯一的,但大小可有多个值 ‎【答案】C ‎2. 在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点。则下列说法中正确的是(　　)。‎ A.同一次实验中,O点位置不允许变动 B.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置 C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两只弹簧测力计之间的夹角必须取90°‎ D.实验中,要始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一只弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点 ‎【答案】A ‎【解析】 为保证等效,必须把橡皮条的某一端拉到同一点,A项正确;实验中还要记录拉力的方向,B项错误;两拉力的夹角可以是其他的合适角度,C项错误;实验中不能超出弹簧测力计的最大量程,故开始时,弹簧测力计示数要小于最大量程,D项错误。‎ ‎3. 某同学利用图示的装置验证力的平行四边形定则。图甲中GE是橡皮条,轻质小圆环挂在橡皮条的下端;图乙中用两个互成角度的拉力F1、F2将小圆环拉至O点;图丙中用一个拉力F将小圆环仍拉至O点。下列说法正确的是(　　)。‎ A.进行图乙中的操作时,拉力F1、F2的方向一定相互垂直 B.在图乙、丙中,橡皮条必须沿竖直方向拉伸 C.在图乙、丙中,必须将小圆环拉至相同的位置 D.图乙操作完成后,可更换橡皮条,继续完成图丙所示的实验步骤 ‎【答案】C ‎4.在“探究力的平行四边形定则”的实验中 ‎(1)图甲、乙分别为甲、乙两位同学所得到的实验结果,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。 ‎ ‎(2)关于操作步骤和注意事项,下列说法中正确的是　　　　。(填字母代号)‎ A.两细绳必须等长 B.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧秤平行贴近木板 C.用两弹簧秤同时拉细绳时,两拉力之差应尽可能大 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 ‎【答案】(1)甲　(2)BD ‎【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)两细绳可以不等长,因为绳子的长短不影响力的大小和方向,故A项错误。拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧秤平行贴近木板,使得结点所受的几个力在同一平面内,故B项正确。用两弹簧秤同时拉细绳时,两拉力之差如果很大,那么作力的图示时误差就会较大,故C项错误。拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些,这样有助于比较准确的表示出拉力方向,故D项正确。‎ ‎5. 某同学做“验证力的平行四边形定则”实验的主要步骤如下:‎ 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;‎ 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,并使其结点到达某一位置O,记录O点的位置并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它们的合力F;‎ E.只用一个弹簧测力计,通过绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向并按同一标度作出这个力F'的图示;‎ F.比较力F'与合力F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。‎ ‎(1)上述步骤中有重要遗漏的步骤的序号是　　　　和　　　　;遗漏的内容分别是和　　　　　　　　　　　　　　　。‎ ‎(2)本实验采用的 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 ‎【答案】(1)C　E　C中未记下两条细绳的方向　E中未说明把橡皮条的结点拉到位置O　(2)B 课堂讲练 ● 典例分析 考点一 实验原理和操作 ‎【典例1】如图甲所示,在做“验证力的平行四边形定则”实验时: ‎ ‎(1)要使每次实验时,合力与分力产生相同的效果,必须　　　　。 ‎ A.每次都将橡皮条拉到同样的位置 B.两弹簧秤的夹角相同 C.每次弹簧秤示数必须相同 D.只要一个弹簧秤的读数相同就行 ‎(2)如图乙所示,是A、B两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果,则其中 同学实验结果比较符合实验事实。 ‎ ‎【答案】(1)A　(2)甲 ‎【反思总结】‎ ‎1.实验原理的理解 ‎(1)用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力F′的方向一定沿AO方向。‎ ‎(2)因误差因素(读数误差、作图误差等)由平行四边形定则作出的合力不一定沿AO方向。‎ ‎(3)本实验中一个弹簧测力计的作用效果与两个弹簧测力计的共同作用效果相同，具有等效替代关系。‎ ‎2.实验操作步骤 ‎(1)保证两次拉橡皮条时结点O完全重合，以保证力F1、F2与F′存在作用效果相同。‎ ‎(2)实验过程中要同时记录弹簧测力计的示数及拉力方向。‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎1.(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 5 N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条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条的另一端拉到某一确定的O点，如图所示，此时细绳都与平板平行，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＝2.8 N、F2＝3.5 N；　‎ 乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30°，F1＝F2＝4.0 N；‎ 丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120°，F1＝F2＝4.0 N。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 (“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 。‎ ‎【答案】见解析 考点二 数据处理和误差分析 ‎【典例2】根据要求，完成“验证力的平行四边形定则”实验。‎ ‎(1)如图甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖立在桌面上，用图钉把橡皮筋的一端固定在A点，另一端B连接两条轻绳，跨过定滑轮后各拴一细绳套，分别挂上3个钩码和4个钩码(每个钩码重1 N)，调整滑轮的位置，稳定后结点B位于O处，记下 和两条细绳的方向，取下滑轮及钩码。‎ ‎(2)如图乙所示，取某单位长度表示1 N，用力的图示作出两条细绳的拉力F1和F2；再用一个弹簧测力计把结点B也拉至O处，记下弹簧测力计的读数F′＝ N，取下弹簧测力计。‎ ‎(3)在图丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的图示。‎ ‎(4)对比F和F′的大小和方向，发现它们不是完全一致的，其可能的原因是 (填一个原因)。‎ ‎【答案】(1)O的位置　(2)5.0　(3)、(4)见解析 ‎【反思总结】‎ ‎1.数据处理 ‎(1)用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳套的方向画直线，按选定的标度作这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板以F1和F2为邻边作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，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 ‎2.误差分析 ‎(1)系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差，为此要选择比较准确的弹簧测力计．‎ ‎(2)偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差，需要多做几次实验，并且使两分力F1、F2的夹角适当大些．‎ ‎3.注意事项 ‎(1)使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使其指在零刻度处．再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用．‎ ‎(2)实验中的两个细绳套不要太短．‎ ‎(3)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．‎ ‎(4)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60° 100°之间为宜．‎ ‎(5)在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向．弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内．要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦．‎ ‎(6)在同一实验中，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．‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2.(2014·江苏高考)小明通过实验验证力的平行四边形定则。‎ ‎(1)实验记录纸如图实25所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和F3＝4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。‎ ‎(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。‎ 实验装置如图实26所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程，再次记录下N的轨迹。‎ 两次实验记录的轨迹如图实27所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为 。‎ ‎(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有哪些？ (填写选项前的字母)‎ A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长 C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大 D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大 ‎(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项。‎ ‎【答案】(1)见解析(F合＝4.6 4.9 N都算对)(2)Fa＝Fb ‎(3)BD　(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋。(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧。)‎ ‎【解析】(1)作出的图示如图所示。‎ ‎(4)注意选取橡皮筋的技巧：一要新，二要弹性好；三不要超过弹性限度。故拉力不应该太大；橡皮筋不能太长；选用弹性较好的橡皮筋。‎ 考点三　实验拓展与创新 ‎【典例3】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：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，如图甲所示；再将另一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子B上，如图乙所示．‎ ‎(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．要测量图甲和图乙中橡皮筋的长度 d．要记录图甲中结点O的位置及过结点O的竖直方向 e．要记录图乙中结点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 ‎【答案】(1)bce　(2)c ‎【反思总结】‎ ‎1．器材的变化(如图甲、乙、丙所示)‎ ‎2．合力、分力的变化 ‎(1)分力的获得：弹簧测力计的拉力→钩码的重力．‎ ‎(2)合力的获得：弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力．‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎3.有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：‎ ‎(1)改变钩码个数，实验能完成的是(　　)‎ A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4 B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4‎ C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4 D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5‎ ‎(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是(　　)‎ A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向 B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度 C．用量角器量出三段绳子之间的夹角 D．用天平测出钩码的质量 ‎(3)在作图时，你认为图中 是正确的。(填“甲”或“乙”)‎ ‎【答案】(1)BCD　(2)A　(3)甲 ‎ 备课札记]‎ ‎ ‎ 课后巩固 ● 课时作业 基础巩固 ‎1.(多选)在“探究求合力的方法”的实验中，下列说法正确的是(　　)‎ A．用三个已校好的弹簧测力计才能完成此实验 B．用两个校好的弹簧测力计就可以完成此实验 C．用一个校好的弹簧测力计也能完成此实验 D．实验中弹簧测力计的外壳与纸面间的摩擦将会影响实验的结果 ‎【答案】　BC ‎2.某同学在家中用三根相同的橡皮筋(遵循胡克定律)来探究合力的方法，如图所示，三根橡皮筋在O点相互连接，拉长后三个端点用图钉固定在A、B、C三点。在实验中，可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力大小，并通过OA、OB、OC的方向确定三个拉力的方向，从而探究其中任意两个拉力的合力的方法。在实验过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．只需要测量橡皮筋的长度，不需要测出橡皮筋的原长 B．为减小误差，应选择劲度系数尽量大的橡皮筋 C．以OB、OC为两邻边作平行四边形，其对角线必与OA在一条直线上且长度与OA相等 D．多次实验中即使O点不固定，也可以探究求合力的方法 ‎【答案】D　‎ ‎3.如图所示，某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解。A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负。A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动。B固定不动，通过光滑铰链连接长为0.3 m的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架，保持杆在水平方向，按如下步骤操作：‎ ‎①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ。‎ ‎②对两个传感器进行调零。‎ ‎③用另一细绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数。‎ ‎④取下钩码，移动传感器A改变θ角。‎ 重复上述实验步骤，得到如下表格。‎ F1‎ ‎1.001‎ ‎0.580‎ ‎…‎ ‎1.002‎ ‎…‎ F2‎ ‎－0.868‎ ‎－0.291‎ ‎…‎ ‎0.865‎ ‎…‎ θ ‎30°‎ ‎60°‎ ‎…‎ ‎150°‎ ‎…‎ ‎(1)根据表格，A传感器对应的是表中力 (填“F1”或“F2”)。钩码质量为 ‎ kg(保留一位有效数字)。‎ ‎(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作的说明正确的是 。‎ A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．为了消除横杆自身重力对结果的影响 D．可以完全消除实验误差 ‎【答案】‎ ‎【解析】　(1)A传感器中的力均为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时有mg＝F1sinθ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m＝0.05 kg。‎ ‎(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故选项C正确。‎ 综合应用 ‎4.一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则。‎ ‎(1)如图(a)，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶 时电子秤的示数F；‎ ‎(2)如图(b)，将三细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、 和电子秤的示数F1；‎ ‎(3)如图(c)，将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2，使 和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2；‎ ‎(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若 ，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′在误差范围内重合 ‎5.为了较准确地测量某细线能承受的最大拉力，小聪、小明分别进行了如下实验：小聪在实验室里找到一把弹簧测力计，按图甲所示安装细线和测力计后，他用力缓慢竖直向下拉测力计，直到测力计的示数达到量程(细线没有断裂)，读出测力计的示数F，将F记为细线能承受的最大拉力。‎ 小明在实验室里还找到一把刻度尺和一个玩具小熊，接着进行了如下的操作：‎ ‎①用刻度尺测出细线的长度L，用弹簧测力计测出玩具小熊的重力G；‎ ‎②按图乙所示安装玩具小熊、细线(玩具小熊悬挂在细线的中点)；‎ ‎③两手捏着细线缓慢向两边移动直到细线断裂，读出此时两手间的水平距离d；‎ ‎④利用平衡条件算出结果。‎ 在不计细线质量和伸长影响的情况下，请回答：‎ ‎(1)小明算出的细线能承受的最大拉力是 (用L、G、d表示)；两位同学中， (选填“小聪”或“小明”)的测量结果较准确。‎ ‎(2)在小明两手捏着细线缓慢向两边移动的过程中，下列说法正确的是 。(填选项序号字母)‎ A．细线上的拉力大小不变 B．细线上的拉力大小减小 C．细线上拉力的合力大小不变 D．细线上拉力的合力大小增大 ‎【答案】　(1)　小明　(2)C ‎(2)根据题意和平衡条件、数学知识可得＝，解得FT＝(其中x为两手间的水平距离)，则在小明两手捏着细线缓慢向两边移动的过程中，细线上的拉力大小在不断增大，A、B错误。根据平衡条件的推论可知，在小明两手捏着细线缓慢向两边移动的过程中，细线上的拉力的合力大小始终等于玩具小熊所受重力的大小G，C正确，D错误。‎ ‎6.(2015·山东理综·21)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7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标记为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0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：‎ F(N)‎ ‎0‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎2.00‎ ‎2.50‎ l(cm)‎ l0‎ ‎10.97‎ ‎12.02‎ ‎13.00‎ ‎13.98‎ ‎15.05‎ ‎③找出②中F＝2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FO O′.‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图所示．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)利用表中数据在图坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝ cm.‎ ‎(2)测得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，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)见解析图甲　10.0(9.8、9.9、10.1均正确)　(2)1.80(1.70 1.90均正确)　(3)见解析图乙 (4)FOO′‎ ‎【解析】　(1)作出Fl图象，如图甲所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0 cm ‎ ‎ ‎(3)FOB＝FOA＝1.80 N，两力的合力F′如图乙所示．‎ ‎(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F′是FOA、FOB两个力的合力，所以通过比较F′和FOO′的大小和方向，可得出实验结论．‎