【物理】2018届一轮复习人教版第2章实验三验证力的平行四边形定则学案

【物理】2018届一轮复习人教版第2章实验三验证力的平行四边形定则学案

实验三　验证力的平行四边形定则 ‎ ‎ ‎[数据处理]‎ ‎1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，作平行四边形，过O点画对角线即为合力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只用一个弹簧测力计的拉力F′的图示.‎ ‎[误差分析]‎ ‎1.读数误差 减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；在允许的情况下，弹簧测力计的示数应尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录.‎ ‎2.作图误差 减小作图误差的方法：作图时要画准结点的位置和两个测力计的方向.两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形定则作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验时不要把F1、F2间的夹角取得太大；作图比例要恰当.‎ ‎[注意事项]‎ ‎1.在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点位置一定要相同.‎ ‎2.用两个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°～90°为宜.‎ ‎3.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦.读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值应尽量大些.‎ ‎4.细绳套应适当长一些，以便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向.‎ ‎5.在同一次实验中，画力的图示时所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些.‎ 考向1　对实验操作的考查 ‎[典例1]　(2015·安徽卷)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.‎ ‎[解析]　使一个力F3的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同，都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，则力F3就是这两个力F1、F2的合力.作出力F3的图示，再根据力的平行四边形定则作出力F1、F2的合力F的图示，比较F和F3的大小和方向是否相同，从而验证力的平行四边形定则. ‎ ‎[答案]　(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线　(6)F和F3‎ ‎(1)本实验的关键是理解实验原理.由于要保证两次操作拉力的效果相同，所以在同一次实验中，结点O的位置不能改变.‎ ‎(2)由于要用力的图示作图，所以除了记录结点O的位置之外，还需要记录F1、F2的大小、方向以及F的大小和方向.‎ ‎(3)在坐标纸上作图时，需根据坐标纸大小，合理的确定标度，尽量减小由作图及测量带来的误差.‎ 考向2　对数据处理的考查 ‎[典例2]　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如图甲所示，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：‎ ‎　　‎ ‎　　　　甲　　　　　　　　　 　乙 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FOO′.‎ ‎④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示.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)利用表中数据在图丙所示坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝　　　　cm.‎ 丙 ‎(2)测得OA＝‎6.00 cm，OB＝‎7.60 cm，则FOA的大小为　　　　N.‎ ‎(3)在图丁中根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F′的图示.‎ 丁 ‎(4)通过比较F′与　　　　的大小和方向，即可得出实验结论.‎ ‎[解析]　(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧.如图甲所示，由图线可知与横轴的交点l0＝‎10.0 cm.‎ ‎(2)橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝‎13.60 cm，由图甲可得F＝1.80 N，所以FOA＝FOB＝F＝1.80 N.‎ ‎(3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线即为合力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，所以只要比较F′和FOO′的大小和方向，即可得出实验结论.‎ ‎[答案]　(1)见解析图甲　10.0(9.8～10.1均正确)‎ ‎(2)1.80(1.70～1.90均正确)　(3)见解析图乙 ‎(4)FOO′‎ ‎(1)F1和F2的大小要根据标度画出.‎ ‎(2)应用平行四边形定则求合力F合时，F合的大小要根据标度和对角线的长度计算得出.‎ ‎(3)由于在测量及作图过程中不可避免地存在误差，所以只要合力F′与拉力F在误差允许范围内相等，即可验证平行四边形定则.‎ 考向3　实验创新与改进 以本实验为背景，以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件，或通过改变实验条件、实验仪器设置题目.‎ ‎1.考查对实验原理的理解、实验方法的迁移.‎ ‎2.实验器材的改进 ‎(1)橡皮筋弹簧测力计 ‎(2)钩码弹簧测力计 ‎[典例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　　　　(填正确答案标号).‎ 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　　　　(填正确答案标号).‎ 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，你认为图示中　　　　(填“甲”或“乙”)是正确的.‎ ‎[解析]　(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|≤F3≤F1＋F2，因此B、C、D三项是可以的.(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向.(3)F3的方向一定竖直向下，而F1和F2的合力方向由于测量误差可能偏离竖直方向，所以甲是正确的.‎ ‎[答案]　(1)BCD　(2)A　(3)甲 ‎[典例4]　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　　　　.‎ 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.‎ ‎[解析]　(1)弹簧测力计的最小刻度为0.2 N，所以A的读数为3.6 N.‎ ‎(2)根据三力平衡的特点可知，弹簧测力计A、B的拉力的合力与重物M的重力等值反向，故A项是必要的；弹簧测力计的零点误差影响各拉力的测量值，所以使用前需校零，B项是必要的；只有拉线方向与木板平面平行，才能保证所研究的各力在同一平面内，C项也是必要的；实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行四边形定则，而测力计A的拉力不同时O点的位置就不同，故没有必要使O点静止在同一位置，答案为D.‎ ‎(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计A的力大了，可行的解决方法有：‎ ‎①改变弹簧测力计B拉力的大小或方向：‎ ‎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).‎ ‎[答案]　(1)3.6　(2)D　(3)①改变弹簧测力计B拉力的大小或方向；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)‎