2019版高考物理一輪復習 實驗增分 專題3 驗證力的平行四邊形定則學案

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1、 實驗三　驗證力的平行四邊形定則 考綱要求 考情分析 命題趨勢 研究力的平行四邊形定則 2017·全國卷Ⅲ，22 對本實驗的考查主要側重于基本實驗步驟細節(jié)的落實、實驗誤差的分析、等效法的理解等，當然本實驗也可以通過其他形式的設計來實現，遇到這種情況要注意創(chuàng)新設計的實驗與基本實驗的區(qū)別和聯系 知識梳理·夯實基礎 一、實驗流程 二、誤差分析 1．誤差來源 除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數誤差、作圖誤差等． 2．減小誤差的方法 (1)結點O ①定位O點時要力求準確． ②同一次實驗中橡皮條拉長后的O點必須保持不變． (2)拉力 ①用彈簧測力計測拉力時要使拉

2、力沿彈簧測力計軸線方向． ②應盡量使橡皮條、彈簧測力計和細繩套位于與紙面平行的同一平面內． ③兩個分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小． (3)作圖 ①在同一次實驗中，選定的標度要相同． ②嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力． 三、注意事項 操作不忘“三”“二”“一” 用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數、兩細繩方向和結點O的位置)，用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)等． 四、實驗改進 本實驗用一個彈簧測力計也可以完成實驗，具體操作如下： 1．把兩條

3、細繩中的一條細繩與彈簧測力計連接，另一條細繩用手直接抓住，然后同時拉這兩條細繩，使結點至O點，記下兩條細繩的方向和彈簧測力計的示數F1. 2．放回橡皮條后，將彈簧測力計連接到另一細繩上，然后同時拉這兩條細繩，使結點至O點，并使兩條細繩位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計的示數F2. 其他步驟與提供兩個彈簧測力計相同． 這種操作的優(yōu)點是能減小因兩個彈簧測力計的不同而帶來的誤差，但實驗過程麻煩． 核心考點·分層突破 考點1　實驗原理與操作 [例1](2018·江西南昌模擬)某同學用鉤碼和彈簧測力計做“驗證力的平行四邊形定則”實驗． (1)請將實驗內容補充完整： A．將一根橡皮筋的一

4、端固定在貼有白紙的豎直平整木板上，在另一端綁上兩根系有細繩套的細線． B．其中一根細線掛上5個質量相等的鉤碼(每個鉤碼質量均為50 g)，使橡皮筋拉伸，如圖甲所示，記錄__鉤碼的個數(細線上的拉力)__、結點的位置O和細線方向． C．將圖甲中鉤碼取下一個，并將細線用一光滑鐵釘B(可隨時固定)支開，在另一細線上掛上彈簧測力計，使兩細線成一定角度，拉彈簧測力計，如圖乙所示，圖中α、β可測定，當＝時，橡皮筋正好位于豎直方向且橡皮筋與細線結點的位置與步驟B中結點的位置O重合，此時彈簧測力計的示數應為__1.5__N.(當地重力加速度g＝10 m/s2) (2)本實驗采用的科學方法是__B__

5、. 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 解析　(1)由實驗原理可知本實驗利用等效替代法來驗證“力的平行四邊形定則”，圖甲中鉤碼的重力即合力大小，細線方向即合力方向，所以應記錄鉤碼的個數(細線上的拉力)、結點O的位置和細線方向，在用鉤碼和彈簧測力計一起拉橡皮筋時，一定要將橡皮筋與細線結點的位置與步驟B中結點的位置O重合，此時應記錄鉤碼個數、彈簧測力計示數及對應的細線方向，分析圖乙中結點的受力情況可得水平方向有4mgcos α＝Fcos β，代入數據得彈簧測力計的示數應為F＝3mg＝1.5 N. (2)由(1)知是等效替代法． 考點2　實驗數據處理 [例

6、2](2017·全國卷Ⅲ)某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖甲所示．將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點時，橡皮筋處于原長． (1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O，此時拉力F的大小可由彈簧測力計讀出．彈簧測力計的示數如圖乙所示，F的大小為__4.0__N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點；現使用兩個測力計同時拉橡皮筋，再次將P端拉至O點．此時觀察到兩個拉力分別沿圖甲中兩條虛線所示的方向，由測力計的示數讀出兩個拉力的大小

7、分別為F1＝4.2 N和 F2＝5.6 N. ①用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O為作用點，在圖甲中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合； ②F合的大小為__4.0__N，F合與拉力F的夾角的正切值為__0.05__.若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內，則該實驗驗證了力的平行四邊形定則． 解析　(1)彈簧測力計的分度值為0.2 N，F的大小為4.0 N. (2)①圖見答案．分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，并作出對角線，即得F合．②表示F合的線段的長度為20.0 mm，F合＝×1 N＝4.0 N．F合與拉力F的夾角的正切值

8、為tan θ≈＝0.05. 答案　(2)①F1、F2和F合如圖所示 考點3　實驗創(chuàng)新方案 1．將水平面內改為在豎直平面內做實驗，拉橡皮筋改為懸掛重物，可避免橡皮筋彈性變化帶來的誤差． 2．彈簧測力計用力傳感器取代，可避免摩擦的影響，使讀數更方便、精確． [例3](2018·安徽合肥模擬)一同學用電子秤、水壺、細線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗證力的平行四邊形定則． (1)如圖甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺__靜止__時電子秤的示數F. (2)如圖乙，將三細線L1、L2、L3的一端打結，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上．水平拉開細線L1

9、，在白紙上記下結點O的位置、__三細線的方向__和電子秤的示數F1. (3)如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上．手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開細線L2，使__結點O的位置__和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數F2. (4)在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若__F和F′在誤差允許的范圍內重合__，則平行四邊形定則得到驗證． 解析　(1)要測量裝滿水的水壺的重力，則記下水壺靜止時電子秤的示數F. (2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結點O的

10、位置的同時也要記錄三細線的方向以及電子秤的示數F1. (3)已經記錄了一個分力的大小，還要記錄另一個分力的大小，則結點O的位置不能變化，力的方向也都不能變化，所以應使結點O的位置和三根細線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數F2. (4)根據平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′的圖示，若F和F′在誤差允許的范圍內重合，則平行四邊形定則得到驗證． 對應演練·遷移運用 1．(2017·上海黃浦模擬)根據要求，完成“驗證力的平行四邊形定則”實驗． (1)如圖甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點，另一端B連接兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細

11、繩套，分別掛上3個鉤碼和4個鉤碼(每個鉤碼重1 N)，調整滑輪的位置，穩(wěn)定后結點B位于O處，記下__O的位置__和兩條細繩的方向，取下滑輪及鉤碼． (2)如圖乙所示，取某單位長度表示1 N，用力的圖示作出兩條細繩的拉力F1和F2；再用一個彈簧測力計把結點B也拉至O處，記下彈簧測力計的讀數F′＝__5.0__N，取下彈簧測力計． (3)在圖丙中作出F1和F2的合力F及拉力F′的圖示． (4)對比F和F′的大小和方向，發(fā)現它們不是完全一致的，其可能的原因是__見解析__.(填一個原因) 解析　(1)本實驗中應記錄結點O的位置． (2)讀數為5.0 N. (3)力的圖示如圖所示．

12、(4)產生誤差的原因有測量存在誤差、作圖沒有畫準、滑輪與繩之間的摩擦力等． 2．(2018·山西太原模擬)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，需要將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩，O為橡皮筋與細繩的結點． (1)實驗過程中，除記錄彈簧測力計的讀數和O點位置，還必須記錄__兩根細繩的方向__.在坐標紙上畫出了如圖所示的兩分力F1和F2，圖中小正方形邊長表示1 N，則兩力的合力F＝__6__N. (2)為減小實驗誤差，下列措施正確的是__BD__. A．兩條細繩的夾角必須很大 B．彈簧測力計、細繩、橡皮筋都應與木板平面平行 C．拉橡皮筋的細繩要稍長一些，標記同一

13、條細繩的方向時兩標記點要適當近一些 D．應盡量避免彈簧測力計與木板間的摩擦 解析　(1)關于實驗操作步驟：除記錄彈簧測力計的讀數和O點位置，還必須記錄兩根細繩的方向，作出平行四邊形，然后量取對角線的長度，即得F＝6 N. (2)實驗中，為減小實驗誤差，兩條細繩的夾角稍大便于作平行四邊形，但不一定“必須很大”，故選項A錯誤；彈簧測力計、細繩、橡皮筋都應與木板平面平行，故選項B正確；拉橡皮筋的細繩要稍長一些，標記同一條細繩的方向時兩標記點要適當遠一些，這樣畫出的拉力方向較為準確，故選項C錯誤；應盡量避免彈簧測力計與木板間的摩擦，這樣測出的拉力較準確，故選項D正確． 3．(2018·吉林長春

14、模擬)某同學用如圖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，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數，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的單位為N，圖中A的示數為__3.6__N. (2)下列不必要的實驗要求是__D__. A．應測量重物M所受的重力 B．彈簧測力計應在使用前校零 C．拉線方向應與木板平面平行 D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中，該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍

15、稍超出量程，請您提出兩個解決辦法：①__改變彈簧測力計B拉力的大小或方向__；②__減小重物M的質量(或將A更換成較大量程的彈簧測力計)__. 解析　(1)彈簧測力計的最小刻度為0.2 N，所以A的讀數為3.6 N. (2)根據三力平衡的特點可知，彈簧測力計A、B的拉力的合力與重物M的重力等值反向，故A項是必要的；彈簧測力計的零點誤差影響各拉力的測量值，所以使用前需校零，B項是必要的；只有拉線方向與木板平面平行，才能保證所研究的各力在同一平面內，C項也是必要的；實驗中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗證平行四邊形定則，而當測力計A的拉力不同時，O點的位置就不同，故沒必要使O點靜

16、止在同一位置，答案為選項D． (3)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測力計A的力大了，可行的解決方法有： ①改變彈簧測力計B拉力的大小或方向； ②減小重物M的質量(或將A更換成較大量程的彈簧測力計)． 4．某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則．實驗步驟： ①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． ②如圖甲所示，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，直到彈簧秤示數為某一設定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)．每次將彈簧秤示數改變0.50N，測出所對應的

17、l，部分數據如下表所示： 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＝2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標記為O、O′，橡皮筋的拉力記為FOO′. ④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示．用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB． 完成下列作圖和填空： (1)利用表中數據在圖丙中畫出F－l圖線，根據圖線求得l0＝__10.0(9

18、.8、9.9、10.1均正確)__cm. (2)測得OA＝6.00 cm，OB＝7.60 cm，則FOA的大小為__1.80(1.70～1.90均正確)__N. (3)在圖丁中根據給出的標度，作出FOA和FOB的合力F′的圖示． (4)通過比較F′與__FOO′__的大小和方向，即可得出實驗結論． 解析　(1)由胡克定律知，橡皮筋的彈力與橡皮筋長度間的關系為F＝k(l－l0)．當F＝0時，l＝l0，所以圖線與橫軸的交點坐標表示橡皮筋的原長；(2)可知橡皮筋的長度l＝OA＋OB＝13.60 cm，由圖線可讀得彈力FOA＝1.80 N；(4)F′為理論值，FOO′為實際值． 答案　(1)如圖甲所示　(3)如圖乙所示 　 9