【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 9页

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验3.1 验证力的平行四边形定则 抢分精讲 ‎【高考导航】‎ 抢分题型 ‎◎题型1 实验原理与操作 ‎◎题型2 实验数据的处理 ‎◎题型3 创新实验设计(实验器材创新)‎ 实验目的 ‎1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。‎ ‎2．培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。‎ 实验原理 ‎(1)等效法：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图实Ⅲ－1所示。‎ ‎(2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示。‎ ‎(3)验证：比较F和F′的大小和方向是否相同，若在误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。‎ 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”的实验情况如图实Ⅲ－3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。图实Ⅲ－3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 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；‎ 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；‎ 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 。‎ 答案　(1)F′　(2)B　(3)①C　E　②C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　‎ 点评：‎ ‎①两次的效果相同是指两次橡皮条拉伸的方向和伸长量均相同，即需拉到同一位置O。‎ ‎②用一个弹簧测力计拉时，拉力的方向一定沿橡皮条的拉伸方向。‎ 针对训练：‎ ‎1． (安徽理综)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，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图实Ⅲ－4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(套)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和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次进行实验。‎ 答案　(3)见解析　(6)F和F3‎ 题型2　实验数据的处理 例2　 (山东理综)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如图实Ⅲ－5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）‎ I0‎ ‎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FOO′。‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图实Ⅲ－6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)利用表中数据在图实Ⅲ－7中画出F－l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，在图实Ⅲ－8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)作图见解析　10.0(9.8，9.9，10.1均正确) (2)1.80(1.70 1.90均正确)　(3)作图见解析　(4)FOO′‎ 解析 ‎(1)根据表格数据，作出F－l图线见下图，图线的截距即表示橡皮筋原长，因此l0＝10.0 cm。‎ ‎(4)若F′与FOO′在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的。‎ 针对训练：‎ ‎2．“探究求合力的方法”的实验装置如图实Ⅲ－9甲所示。‎ ‎(1)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图实Ⅲ－9甲所示。其中，细绳CO对O点的拉力大小为 N；‎ ‎(2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上，由图求出合力的大小 F合＝ N(保留两位有效数字)；‎ ‎(3)某同学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，如图丙所示，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)2.60　(2)图见解析　5.1　(3)60‎ 解析　‎ ‎(1)由图甲可读出CO对O点的拉力大小为2.60 N。‎ ‎(2)在图乙上的画图如图所示，结合作图可求知合力大小为5.1 N。‎ ‎(3)由图丙可知，弹簧测力计零刻度线对应5.0 mm，2. 60 N对应48.0 mm，由胡克定律，F＝kx，解得k＝F/x＝60 N/m。‎ 题型3　创新实验设计(实验器材创新)‎ 例3　(衡阳模拟)如图实Ⅲ－10所示，某实验小组同学利用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用另一根绳在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，得到表格。‎ F1/N ‎1.001‎ ‎0.580‎ ‎1.002‎ F2/N ‎-0.868‎ ‎-0.291‎ ‎0.865‎ ‎(1)根据表格数据，A传感器对应的是表中力 (选填“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．可以完全消除实验的误差 答案　(1)F1　0.05　(2)C 解析　‎ 针对训练：‎ ‎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，如图实Ⅲ－11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，如图实Ⅲ－11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．要测量图甲和图实Ⅲ－11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 解析 ‎ ‎