2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件.ppt

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第二章相互作用 實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則 過(guò)好雙基關(guān) 1 實(shí)驗(yàn)原理互成角度的兩個(gè)力F1 F2與另外一個(gè)力F 產(chǎn)生相同的效果 看F1 F2用平行四邊形定則求出的合力F與F 在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相同 2 實(shí)驗(yàn)器材木板 白紙 圖釘若干 橡皮條 細(xì)繩 彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè) 三角板 刻度尺 3 實(shí)驗(yàn)步驟 1 用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上 2 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長(zhǎng) 結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O 如圖1甲所示 3 用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向 并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù) 利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F 4 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O 記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F 和細(xì)繩的方向 如圖乙所示 5 比較F 與用平行四邊形定則求得的合力F 看它們?cè)趯?shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相同 圖1 1 正確使用彈簧測(cè)力計(jì) 1 將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對(duì)拉過(guò)程中 讀數(shù)相同 可選 若不同 應(yīng)另?yè)Q或調(diào)校 直至相同為止 2 使用時(shí) 讀數(shù)應(yīng)盡量大些 但不能超出范圍 3 被測(cè)力的方向應(yīng)與軸線方向一致 4 讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì) 平視刻度 2 注意事項(xiàng) 1 位置不變 在同一次實(shí)驗(yàn)中 使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同 是為了使合力的作用效果與兩個(gè)分力共同作用效果相同 這是利用了等效替代的思想 2 角度合適 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí) 其夾角不宜太小 也不宜太大 以60 100 之間為宜 3 在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)形變應(yīng)盡量大一些 細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些 便于確定力的方向 4 統(tǒng)一標(biāo)度 在同一次實(shí)驗(yàn)中 畫(huà)力的圖示選定的標(biāo)度要相同 并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度 使力的圖示稍大一些 3 誤差分析 1 誤差來(lái)源 除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外 還有讀數(shù)誤差 作圖誤差等 2 減小誤差的辦法 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤(pán) 要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測(cè)力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄 作圖時(shí)使用刻度尺 并借助于三角板 使表示兩力的對(duì)邊一定要平行 研透命題點(diǎn) 例1 2017 全國(guó)卷 22 某探究小組做 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn) 將畫(huà)有坐標(biāo)軸 橫軸為x軸 縱軸為y軸 最小刻度表示1mm 的紙貼在水平桌面上 如圖2 a 所示 將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn) 位于圖示部分之外 另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí) 橡皮筋處于原長(zhǎng) 1 用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O 此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出 測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖 b 所示 F的大小為 N 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 解析由題圖 b 可知 F的大小為4 0N 4 0 圖2 答案 解析 2 撤去 1 中的拉力 橡皮筋P端回到A點(diǎn) 現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋 再次將P端拉至O點(diǎn) 此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖 a 中兩條虛線所示的方向 由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1 4 2N和F2 5 6N 用5mm長(zhǎng)度的線段表示1N的力 以O(shè)為作用點(diǎn) 在圖 a 中畫(huà)出力F1 F2的圖示 然后按平行四邊形定則畫(huà)出它們的合力F合 解析畫(huà)出力F1 F2的圖示 如圖所示 答案見(jiàn)解析圖 F合的大小為 N F合與拉力F的夾角的正切值為 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi) 則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則 解析用刻度尺量出F合的線段長(zhǎng)約為20mm 所以F合大小為4 0N F合與拉力F的夾角的正切值為tan 0 05 答案 解析 4 0 0 05 變式1 2015 山東理綜 21 某同學(xué)通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)步驟 將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上 使其軸線沿豎直方向 如圖3所示 將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上 另一端用圓珠筆尖豎直向下拉 直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時(shí) 將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1 O2 記錄彈簧秤的示數(shù)F 測(cè)量并記錄O1 O2間的距離 即橡皮筋的長(zhǎng)度l 每次將彈簧秤示數(shù)改變0 50N 測(cè)出所對(duì)應(yīng)的l 部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示 圖3 找出 中F 2 50N時(shí)橡皮筋兩端的位置 重新標(biāo)記為O O 橡皮筋的拉力記為FOO 在秤鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油 將橡皮筋搭在秤鉤上 如圖4所示 用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時(shí)拉橡皮筋的兩端 使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn) 將兩筆尖的位置標(biāo)記為A B 橡皮筋OA段的拉力記為FOA OB段的拉力記為FOB 圖4 完成下列作圖和填空 1 利用表中數(shù)據(jù)在圖5的坐標(biāo)紙上畫(huà)出Fl圖線 根據(jù)圖線求得l0 cm 解析作出Fl圖象 如圖甲所示 求得直線的截距即為l0 可得l0 10 0cm 答案見(jiàn)解析圖10 0 9 8 9 9 10 1均正確 圖5 答案 解析 2 測(cè)得OA 6 00cm OB 7 60cm 則FOA的大小為 N 若OA 6 00cm OB 7 60cm 則橡皮筋的彈力為F k x 50 6 00 7 60 10 00 10 2N 1 80N則此時(shí)FOA F 1 80N 答案 解析 1 80 1 70 1 90均正確 3 根據(jù)給出的標(biāo)度 在圖6中作出FOA和FOB的合力F 的圖示 解析FOB FOA 1 80N 兩力的合力F 如圖乙所示 答案見(jiàn)解析圖 圖6 答案 解析 4 通過(guò)比較F 與 的大小和方向 即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 解析FOO 的作用效果和FOA FOB兩個(gè)力的作用效果相同 F 是FOA FOB兩個(gè)力的合力 所以通過(guò)比較F 和FOO 的大小和方向 可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 答案 解析 FOO 變式2 2015 安徽理綜 21 在 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)中 某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上 將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn) 兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套 互成角度地施加拉力 使橡皮條伸長(zhǎng) 結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置 如圖7所示 請(qǐng)將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整 1 用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置 記為O 2 記錄兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1和F2 沿每條細(xì)繩 套 的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn) 用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線 圖7 3 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O 記錄測(cè)力計(jì)的示數(shù)F3 解析此步驟中應(yīng)記錄此時(shí)拉力的大小和方向 結(jié)合 2 的操作 3 中橫線應(yīng)填寫(xiě) 沿此時(shí)細(xì)繩 套 的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn) 用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線 答案 解析 沿此時(shí)細(xì)繩 套 的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn) 用刻度尺 把這些點(diǎn)連成直線 4 按照力的圖示要求 作出拉力F1 F2 F3 5 根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F 6 比較 的一致程度 若有較大差異 對(duì)其原因進(jìn)行分析 并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 解析要驗(yàn)證力的平行四邊形定則 需要比較F和F3的大小 方向是否一致 故 6 中橫線應(yīng)填寫(xiě)F和F3 答案 解析 F和F3 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新的兩種方法以本實(shí)驗(yàn)為背景 以實(shí)驗(yàn)中操作的注意事項(xiàng) 誤差來(lái)源設(shè)置條件 或通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目 1 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解 實(shí)驗(yàn)方法的遷移 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 能力考點(diǎn)師生共研 2 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) 例2某小組為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則 設(shè)計(jì)了如圖8甲所示的實(shí)驗(yàn) 在一個(gè)半圓形刻度盤(pán)上安裝兩個(gè)可以沿盤(pán)邊緣移動(dòng)的拉力傳感器A B 圖8 兩傳感器的掛鉤分別系著輕繩 輕繩的另一端系在一起 形成結(jié)點(diǎn)O 并使結(jié)點(diǎn)O位于半圓形刻度盤(pán)的圓心 在O點(diǎn)掛上重G 2 00N的鉤碼 記錄兩傳感器A B的示數(shù)F1 F2及輕繩與豎直方向的夾角 1 2 用力的圖示法即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則 1 當(dāng)F1 1 00N F2 1 50N 1 45 2 30 時(shí) 請(qǐng)?jiān)趫D乙中用力的圖示法作圖 畫(huà)出兩繩拉力的合力F 并求出合力F N 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 解析先畫(huà)出力的標(biāo)度 根據(jù)題中所給的數(shù)據(jù) 利用平行四邊形定則畫(huà)出力的圖示并求合力F 2 01N 答案如圖所示 2 01 1 97 2 05 答案 解析 2 該組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中 將傳感器A固定在某位置后 再將傳感器B從豎直位置的P點(diǎn)緩慢順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 得到了一系列B傳感器的示數(shù)F2和對(duì)應(yīng)的角度 2 作出了如圖丙所示的F2 2圖象 由圖丙可知A傳感器所處位置的角度 1 答案 解析 變式3某同學(xué)嘗試用橡皮筋等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則 他找到兩條相同的橡皮筋 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(jì)了如下實(shí)驗(yàn) 將兩條橡皮筋的一端與細(xì)繩連接 結(jié)點(diǎn)為O 細(xì)繩下掛一重物 兩橡皮筋的另一端也都連有細(xì)繩 實(shí)驗(yàn)時(shí) 先將一條橡皮筋的另一端的細(xì)繩固定在墻上的釘子A上 另一條橡皮筋任其下垂 如圖9甲所示 再將另一條橡皮筋的另一端的細(xì)繩固定在墻上的釘子B上 如圖乙所示 圖9 1 為完成實(shí)驗(yàn) 下述操作中必需的是 a 兩橡皮筋的另一端連接的細(xì)繩a b長(zhǎng)度要相同b 要測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng)c 要測(cè)量圖甲和圖乙中橡皮筋的長(zhǎng)度d 要記錄圖甲中結(jié)點(diǎn)O的位置及過(guò)結(jié)點(diǎn)O的豎直方向e 要記錄圖乙中結(jié)點(diǎn)O 的位置及過(guò)結(jié)點(diǎn)O 的豎直方向 解析首先應(yīng)明白該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理 即用橡皮筋的伸長(zhǎng)量來(lái)表示彈力的大小 所以實(shí)驗(yàn)中一定要測(cè)橡皮筋的長(zhǎng)度 而沒(méi)必要關(guān)心細(xì)繩a b的長(zhǎng)度 選項(xiàng)b和c中的操作是需要的 為了確保力的合成的等效性 需要記錄題圖乙中結(jié)點(diǎn)O 的位置及過(guò)結(jié)點(diǎn)O 的豎直方向 選項(xiàng)e中的操作是必需的 答案 解析 2 對(duì)該實(shí)驗(yàn) 兩條相同的橡皮筋 的要求的理解正確的是 a 橡皮筋的材料和原長(zhǎng)相同即可b 橡皮筋的材料和粗細(xì)相同即可c 橡皮筋的材料 原長(zhǎng)和粗細(xì)均要相同 解析為了能用橡皮筋的伸長(zhǎng)量表示彈力大小 滿足F kx 應(yīng)讓k值相同 即橡皮筋的材料 粗細(xì) 原長(zhǎng)均要相同 選項(xiàng)c正確 答案 解析 變式4小明通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 1 實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖10所示 O點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長(zhǎng)到的位置 兩彈簧測(cè)力計(jì)共同作用時(shí) 拉力F1和F2的方向分別過(guò)P1和P2點(diǎn) 一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí) 拉力F3的方向過(guò)P3點(diǎn) 三個(gè)力的大小分別為 F1 3 30N F2 3 85N和F3 4 25N 請(qǐng)根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力 答案見(jiàn)解析圖 F合 4 6 4 9N都算對(duì) 解析作出的圖示如圖所示 圖10 答案 解析 2 仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn) 小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 他用彈簧測(cè)力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長(zhǎng)度 發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同 于是進(jìn)一步探究了拉伸過(guò)程對(duì)橡皮筋彈性的影響 實(shí)驗(yàn)裝置如圖11所示 將一張白紙固定在豎直放置的木板上 橡皮筋的上端固定于O點(diǎn) 下端N掛一重物 用與白紙平行的水平力緩慢地移動(dòng)N 在白紙上記錄下N的軌跡 重復(fù)上述過(guò)程 再次記錄下N的軌跡 兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖12所示 過(guò)O點(diǎn)作一條直線與軌跡交于a b兩點(diǎn) 則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到a和b時(shí)所受拉力Fa Fb的大小關(guān)系為 Fa Fb 圖11圖12 答案 解析 解析重物受力情況如圖所示 由于重力不變 兩次實(shí)驗(yàn)時(shí) 橡皮筋拉力FT的方向相同 故水平拉力F大小相等 即Fa Fb 3 根據(jù) 2 中的實(shí)驗(yàn) 可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母 A 橡皮筋的長(zhǎng)度與受到的拉力成正比B 兩次受到的拉力相同時(shí) 橡皮筋第2次的長(zhǎng)度較長(zhǎng)C 兩次被拉伸到相同長(zhǎng)度時(shí) 橡皮筋第2次受到的拉力較大D 兩次受到的拉力相同時(shí) 拉力越大 橡皮筋兩次的長(zhǎng)度之差越大 解析根據(jù)題圖可知 選項(xiàng)B D正確 選項(xiàng)A C錯(cuò)誤 答案 解析 4 根據(jù)小明的上述實(shí)驗(yàn)探究 請(qǐng)對(duì)驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)提出兩點(diǎn)注意事項(xiàng) 答案橡皮筋拉伸不宜過(guò)長(zhǎng) 選用新橡皮筋 或 拉力不宜過(guò)大 選用彈性好的橡皮筋 換用彈性好的彈簧 答案 解析 解析橡皮筋拉伸不宜過(guò)長(zhǎng) 選用新橡皮筋等可減小誤差