【物理】2018届二轮复习实验：验证平行四边形定则学案

【物理】2018届二轮复习实验：验证平行四边形定则学案

‎2018届二轮复习 实验：验证平行四边形定则 学案 高考频度：★★☆☆☆‎ 难易程度：★★☆☆☆‎ ‎ ‎ 某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。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。‎ ‎ ‎ ‎（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N。‎ ‎（2）下列不必要的实验要求是________。（请填写选项前对应的字母）‎ A．应测量重物M所受的重力 B．弹簧测力计应在使用前校零 C．拉线方向应与木板平面平行 D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法。‎ ‎【参考答案】（1）3.6 （2）D （3）①减小弹簧测力计B的拉力；②减小重物M的质量（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）。‎ ‎【试题解析】（1）由题图知，弹簧测力计A的分度值为0.2 N，读数为3.6 N。‎ ‎（2）验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D错；M的重力即合力，A对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C对。‎ ‎（3）对O点受力分析如图所示，可见若减小FOA，可调节FOB的大小或方向、调节OA方向或减小物重G等。‎ ‎ ‎ ‎【知识补给】‎ 实验：验证平行四边形定则 ‎1．正确使用弹簧测力计 ‎（1）将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止。‎ ‎（2）使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围。‎ ‎（3）被测力的方向应与轴线方向一致。‎ ‎（4）读数时应正对、平视刻度。‎ ‎2．注意事项 ‎（1）位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。‎ ‎（2）角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°~100°之间为宜。‎ ‎（3）在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。‎ ‎（4）统一标度：在同一次实验中，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。‎ ‎3．误差分析 ‎（1）误差除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。‎ ‎（2）减小误差的办法：‎ ‎①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。‎ ‎②作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。‎ ‎ ‎ 在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。‎ ‎（1）某同学认为在此过程中必须注意以下几项：‎ A．两根细绳必须等长 B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D．在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等 E．在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置 其中正确的是________（填入相应的字母）。‎ ‎（2）“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1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。图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图。‎ ‎ ‎ ‎①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________。‎ ‎②本实验采用的科学方法是________。‎ 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 ‎ ‎ 丙 ‎（3）某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，两力的合力用F表示，F1、F2与F的夹角分别为θ1和θ2，关于F1、F2与F、θ1和θ2关系正确的有________________________________________________________________________。‎ A．F1=4 N B．F=12 N C．θ1=45° D．θ1<θ2‎ 某同学用如图所示的实验装置来“验证力的平行四边形定则”。三条细绳结于O点分别与两弹簧测力计和钩码相接。‎ ‎ ‎ ‎（1）实验步骤如下：‎ A．弹簧测力计A挂于固定在竖直木板上的P点；‎ B．结点O下的细线挂钩码C；‎ C．手持弹簧测力计B缓慢向左拉，使结点O静止在某位置；‎ D．记下钩码质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、记录_______。‎ ‎（2）在实验过程中下列哪些情况对实验结果产生误差的是_____（选填选项前的字母）。‎ A．木板不竖直 B．A弹簧测力计外壳的重力 C．B弹簧测力计的拉力方向没有保持水平 D．改变弹簧测力计B拉力进行多次实验时，结点O的位置发生变化 某同学为了探究求合力的方法，先用一个弹簧测力计通过细线悬吊一个钩码；当钩码静止时，弹簧测力计的示数为2.00 N；再用两个弹簧测力计a和b通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊，其中b弹簧测力计一端固定，a弹簧测力计所拉细线如图1所示水平向左，当钩码静止时，b弹簧测力计的示数如图2所示。‎ ‎（1）图2中b弹簧测力计的示数为_______N；可求出a弹簧测力计的拉力为_______N；‎ ‎ ‎ ‎（2）保持a弹簧测力计及其所拉的细绳方向不变，将b及其所拉的细绳以O为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转到竖直方向，在此过程中，b的示数_____________。（选填“变大”、“变小”或“不变”）‎ 某同学用如图所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。弹簧测力计B挂于竖直木板上的固定点C，下端用细线挂一重物M，如图示，手持弹簧测力计A拉结点O。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。‎ ‎ ‎ ‎（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中B的示数为________ N。‎ ‎（2）下列关于实验要求不正确的是_____。‎ A．拉线方向应与木板平面平行 B．弹簧测力计应在使用前调零 C．改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向 D．与弹簧相连的细绳应尽量短些 ‎（3）该同学改变夹角做第二次实验时结点O的位置发生了改变，两测力计拉力的合力将_______（填“不变”或“改变”）。‎ 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学按照如下步骤进行操作：‎ ‎ ‎ 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，在橡皮条的另一端检上两条细绳形成结点，细绳的另一端系着绳套；‎ c．如图甲，用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O，记录结点位置和两个弹賛测力计的示数、两根细绳的方向；‎ 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，并以F1和F2为邻边作平行四边形，画出它们所夹的对角线。‎ e．只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条， ；并按同一标度作出这个力F的图示；‎ f．比较和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。‎ ‎①把步骤e中的内容补充完整_____________。‎ ‎②本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程，主要体现了下列哪种科学方法__________。‎ 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下列操作有利于减小实验误差的是_________ （填字母代号）。‎ A．实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计 B．拴在橡皮条上的两条细绳必须等长，并且要尽量长一些 C．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 D．用两弹賛测力计同时拉橡皮条时，两弹簧测力计的示数之差应尽可能大 E．在记录力的方向时，标记同一细绳方向的两点要远些 ‎④图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示，如果没有操作失误，图乙中的F与两力中，方向一定沿AO方向的是_________。‎ ‎⑤若小明和小刚两位同学在家中想验证力的平行四边形定则，他们手中有一些弹性橡皮条（弹力满足胡克定律，劲度系数为k）。如图丙所示，他们将三根橡皮条的一端系在一起，另一端分别系上细线，仍保证橡皮条原长相同，测得原长L0=‎5.40 cm。接下来把贴有白纸的木板放在水平桌面上，两人合作平行于纸面分别通过细线拉三根橡皮条至某一长度（在弹性限度内），保持状态不变；如图丁所示，记录此时结点位置和三个橡皮条另一端的位置，量出三个端点到结点O的距离分别为L1=‎9.20 cm、L2=‎8.40 cm、L3=‎7.50 cm，请根据他们的实验过程和记录的数据作出验证力的平行四边形定则的图示，并说明是如何验证的。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎【参考答案】‎ ‎ ‎ ‎（2）F′是利用一个弹簧测力计将橡皮条拉到结点O位置的力，F是利用平行四边形定则作出的与F′作用效果相同的两个分力F1和F2的合力，所以沿AO方向的力一定是F′。本实验中，需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效果相同，即采用了等效替代法。‎ ‎（3）以F1和F2为邻边作平行四边形，如图所示，其对角线表示合力F，由图可知，F1=4 N，F=12 N，θ1=45°，θ1>θ2，所以选项BC正确。‎ ‎ ‎ ‎（1）三条细绳的方向（拉力的方向） （2）AD ‎（1）记下钩码质量、结点O的位置、读出并记录弹簧测力计A和B的示数、记录三条细绳的方向（拉力的方向）。‎ ‎（2）重力的方向是竖直的，所以木板要竖直，否则不好作图，对实验有影响，故A正确；弹簧测力计外壳的重力并没有作用在弹簧上，不会造成误差，故B错误；拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，但不一定要水平，不会产生误差，故C错误；改变弹簧测力计B拉力进行多次实验时，结点O的位置发生变化对实验没有影响，同一次实验时，O点位置不变，故D正确。‎ ‎ ‎ ‎（1）3.43~3.47 （2）D （3）不变 ‎（1）弹簧测力计读数，每1 N被分成10格，则1格就等于0.1 N，可得读数为3.45 N。‎ ‎（2）拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性，故A说法正确；弹簧测力计是测出力的大小，所以要准确必须在测之前校零。故B说法正确；改变拉力，进行多次实验，每次都要记录拉力的方向，故C 说法正确；与弹簧相连的细绳应尽量长些，从而使拉力与木板保持平行，故D说法错误。所以选D。‎ ‎（3）改变夹角做第二次实验时结点O的位置发生了改变，两测力计拉力的合力将保持不变，总等于重力。‎ ‎（1）把橡皮条的结点拉到同一位置O，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向 （2）B （3）ACE （4）‎ ‎ ‎ ‎①把步骤e中的内容补充完整：把橡皮条的结点拉到同一位置O，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向；‎ ‎②本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程，主要体现的科学方法是等效替代法，故选B；‎ ‎③实验前将两弹簧测力计调零后水平互钩对拉，选择两个读数相同的测力计，这样可减小实验读数的误差，‎ ‎⑤如图所示，按比例作出平衡时三个橡皮条的拉力的图示；分析说明：将任意一个力反向延长至等大，由平衡条件可知，这就是另外两个力的合力；比较它与用平行四边形定则作出的另外两个力的合力的大小和方向，若近似相同即可验证平行四边形定则。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎