【步步高】2020年高考物理大一輪 實驗三 驗證力的平行四邊形定則 新人教版必修1

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1、實驗三　驗證力的平行四邊形定則 一、實驗?zāi)康? 驗證力的平行四邊形定則． 二、實驗原理 一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點，所以力F′就是這兩個力F1和F2的合力．作出力F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F′的大小和方向是否都相同，若相同，則說明互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則． 三、實驗器材 方木板，白紙，彈簧測力計(兩只)，橡皮條，細(xì)繩套(兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個)，細(xì)芯鉛筆． 四、實驗步驟 1．用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上． 2．用圖釘把橡皮條的一端

2、固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套． 3. 用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮 條與繩的結(jié)點伸長到某一位置O，如圖1所示，記錄兩彈簧測力計 的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細(xì)繩套的方向． 圖1 4．只用一只彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置 O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向． 5．改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向，再重做兩次實驗． 五、數(shù)據(jù)處理 1．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩細(xì)繩套方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角

3、線即為合力F的圖示． 2．用刻度尺從O點按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計時的拉力F′的圖示． 3．比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則． 六、誤差分析 1．讀數(shù)誤差 減小讀數(shù)誤差的方法：選擇相同的彈簧測力計并調(diào)整好零刻度；彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些，讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄． 2．作圖誤差 減小作圖誤差的方法：作圖時要畫準(zhǔn)結(jié)點O的位置和兩個測力計的方向．兩個分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形定則作出的合力F的誤差ΔF就越大，所以實驗時不要把F1、F2間的夾角取得太大；作圖比例要恰當(dāng)． 七、注意事

4、項 1．在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O位置一定要相同． 2．用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～90°之間為宜． 3．讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼和彈簧測力計的限位孔之間有摩擦．讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些． 4．細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點與O點連接，即可確定力的方向． 5．在同一次實驗中，畫力的圖示所

5、選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些． 記憶口訣 結(jié)點位置O確定，兩繩夾角要適中. 力秤木板要平行，眼睛讀數(shù)垂直秤. 細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長，鉛筆兩點定方向. 畫力標(biāo)度要適當(dāng)，不然誤差要粗放 圖2 例1 (2020·江蘇單科·10) 某同學(xué)用如圖2所示的實驗裝置來驗證 “力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端 用細(xì)線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點，手 持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測 力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的 位置和拉線的方向． (1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為

6、N，圖中A的示數(shù)為________N. (2)下列不必要的實驗要求是________．(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母) A．應(yīng)測量重物M所受的重力 B．彈簧測力計應(yīng)在使用前校零 C．拉線方向應(yīng)與木板平面平行 D．改變拉力，進(jìn)行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦 法． 圖3 例2　如圖3所示，某同學(xué)在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條 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、 鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子，設(shè)計了如下實驗：將兩條橡皮筋的一端分 別掛在墻上的兩個釘子A、B上，另

7、一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為 O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物． (1)為完成該實驗，下述操作中必需的是________． a．測量細(xì)繩的長度 b．測量橡皮筋的原長 c．測量懸掛重物后橡皮筋的長度 d．記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置 (2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗證，可采用的方法是________________________________． 　　　　　　　　　　　　6.等效法和作圖法 圖4 例3　在驗證力的平行四邊形定則的實驗中，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出力的 圖示，如圖4所示．圖上標(biāo)出了F1、F2、F、F′四個力，其中 ________

8、(填上述字母)不是由彈簧秤直接測得的；若F與F′的 __________基本相等，________基本相同，說明力的平行四邊形定則得到了驗證． 例4　某同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫出了如圖5所示的兩個已知力F1和F2，圖中小正方形的邊長表 示2 N，兩力的合力用F表示，F(xiàn)1、F2與F的夾角分別為θ1和θ2，下列關(guān)于F1、F2、F、θ1、θ2之間的關(guān)系正確的是 (　　) 圖5 　A．F1＝4 N B．F＝12 N C．θ1＝45°

9、 D．θ1<θ2 方法提煉　驗證力的平行四邊形定則實驗中的等效法和作圖法 等效法是指兩個彈簧秤同時拉橡皮筋使橡皮筋產(chǎn)生的形變與一個彈簧秤單獨拉橡皮筋產(chǎn)生的形變相同．應(yīng)使兩個彈簧秤拉橡皮筋時結(jié)點的位置與一個彈簧秤拉橡皮筋時結(jié)點的位置是同一個位置． 作圖法是用來驗證兩個彈簧秤拉力的合力與單個彈簧秤拉力的大小、方向是否相同的，反映在圖上就是兩力是否重合．在實驗中的體現(xiàn)是：先選定標(biāo)度作出兩個力的圖示，依據(jù)平行四邊形作出對角線，然后再根據(jù)同樣標(biāo)度作出一個彈簧秤拉時力的圖示(兩個彈簧秤拉橡皮筋時結(jié)點的位置與一個彈簧秤拉橡皮筋時結(jié)點的位置相同)，看兩個力的圖示是否重合

10、． 跟蹤訓(xùn)練　在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，某同學(xué)的實驗情況如圖6甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩． 圖6 (1)圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的力的圖示，下列說法中正確的是 (　　) A．圖乙中的F是力F1和F2合力的理論值，F(xiàn)′是力F1和F2合力的實際測量值 B．圖乙中的F′是力F1和F2合力的理論值，F(xiàn)是力F1和F2合力的實際測量值 C．在實驗中，如果將細(xì)繩也換成橡皮條，那么對實驗結(jié)果沒有影響 D．在實驗中，如果將細(xì)繩也換成橡皮條，那么對實驗結(jié)果有影響 (2)本實驗采用的科學(xué)方法是________(填字母代

11、號) A．理想實驗法　　　　　　 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法 1．對于驗證力的平行四邊形定則的實驗，某同學(xué)有以下認(rèn)識： A．實驗中兩個分力的夾角取得越大越好 B．細(xì)繩以及彈簧秤所在平面必須與木板平行 C．拉橡皮條的細(xì)繩要長些，用鉛筆畫出兩個定點的位置時，應(yīng)使這兩個點的距離盡量遠(yuǎn)些 D．作圖要用細(xì)芯鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴(yán)格的幾何作圖法作出平行四邊形，圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個力的大小和方向 以上操作可以減小誤差的是________． 2．(2020·天津理綜

12、·9(2))在探究求合力的方法時，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩．實驗時，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細(xì)繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條． (1)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法是正確的________(填字母代號)． A．將橡皮條拉伸相同長度即可 B．將橡皮條沿相同方向拉到相同長度 C．將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D．將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置 (2)同學(xué)們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________(填字母代號)． A．兩細(xì)繩必須等長 B．彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)

13、與木板平行 C．用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大 D．拉橡皮條的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些 3．“驗證力的平行四邊形定則”實驗中 (1)部分實驗步驟如下，請完成有關(guān)內(nèi)容： A．將一根橡皮筋的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上，另一端拴上兩根細(xì)線． B．其中一根細(xì)線掛上5個質(zhì)量相等的鉤碼，使橡皮筋拉伸，如圖7甲所示，記錄：_ _____________、______________、__________________. C．將步驟B中的鉤碼取下，分別在兩根細(xì)線上掛上4個和3個質(zhì)量相等的鉤碼，用兩光滑硬棒B、C使兩細(xì)線互成角度，如圖乙所示，小心調(diào)整B、

14、C的位置，使____________________________，記錄__________________________． 圖7 (2)如果“力的平行四邊形定則”得到驗證，那么圖乙中cos α∶cos β＝________. 4．小明同學(xué)在學(xué)完力的合成與分解后，想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則．他從學(xué)校的實驗室里借來兩只彈簧測力計，按如下步驟進(jìn)行實驗： A．在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧彈力的大小和方向． B．在一只彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下水杯靜止時彈簧測力計的讀數(shù)F. C．將一根大約30 cm長的細(xì)線從杯帶中穿過，再將細(xì)線兩端拴在兩只彈簧測力計的掛鉤上

15、．在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細(xì)線，使兩只彈簧測力計的讀數(shù)相等，在白紙上記下細(xì)線的方向和彈簧測力計的讀數(shù)．如圖8甲所示． 圖8 D．在白紙上按一定標(biāo)度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示，如圖乙所示，根據(jù)力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力F′. (1)在步驟C中，彈簧測力計的讀數(shù)為________N. (2)若______________________，就可以驗證力的平行四邊形定則． 答案 課堂探究 例1　(1)3.6　(2)D　(3)①減小彈簧測力計B的拉力；②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等) 例2　(1)bcd　(2)更換

16、不同的小重物 例3　F′　大小　方向 例4　BC　[F1＝ N＝4 N，F(xiàn)2＝ N＝4 N．據(jù)題圖可知F1、F2的豎直分量抵消，故合力必定沿水平方向，F(xiàn)＝4 N＋8 N＝12 N，θ1＝45°，θ1>θ2，B、C對．] 跟蹤訓(xùn)練　(1)BC　(2)B 隨堂訓(xùn)練 1．BCD 2．(1)BD　(2)BD 3．(1)B.鉤碼個數(shù)(或細(xì)線拉力)　橡皮筋與細(xì)線結(jié)點的位置O　細(xì)線的方向(說明：能反映細(xì)線方向的其他記錄也可以) C．橡皮筋與細(xì)線結(jié)點的位置與步驟B中結(jié)點位置O重合　鉤碼個數(shù)和對應(yīng)的細(xì)線方向 (2)3∶4 4．(1)3.00 (2)F′近似在豎直方向，且數(shù)值與F近似相等