高考物理大一轮复习实验03探究力的平行四边形定则学案新人教版Word下载.docx
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四、实验步骤
1.用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上.
2.用两个弹簧秤分别钩拉两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.
3.用铅笔描下结点O的位置和两条细绳的方向,并记录弹簧秤的读数,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.
4.只用一个弹簧秤,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧秤的读数F′和细绳的方向.
5.比较F′与用平行四边形定则求得的合力F,在实验误差允许的范围内是否相等.
某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,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图.
图甲 图乙
(1)如果没有操作失误,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
(3)实验时,主要的步骤是:
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,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数;
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,并用平行四边形定则求出合力F;
E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示;
F.比较F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论.
上述步骤中:
①有重要遗漏的步骤的序号是____________和____________;
②遗漏的内容分别是____________和____________.
解析:
(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;
而根据平行四边形定则作出的合力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F′.
(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果可以等效替代,故B正确.(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、E.②在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O.
答案:
(1)F′
(2)B (3)①C E ②C中应加上“记下两条细绳的方向” E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”
一、弹簧测力计的使用
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.
二、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.
三、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.
(2017全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长.
(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出.测力计的示数如图(b)所示,F的大小为____________N.
(2)撤去
(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;
现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点.此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N.
(i)用5mm长度的线段表示1N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合.
(ii)F合的大小____________N,F合与拉力F的夹角的正切值为__________
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则.
(1)如题给测力计示数可知,读数为4.0N.
(2)
作力F1、F2的图示,作出合力F合,F合长为20mm,所以F合大小为4.0N,F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.
(1)4.0
(2)(i)见解析图 (ii)4.0 0.05
[跟踪训练]
1.(2018山西太原模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,实验小组找到一组橡皮筋和一个弹簧测力计,他们进行了如下操作,请将实验操作和处理补充完整.
图1 图2
(1)用刻度尺测量橡皮筋的自然长度L=20cm;
(2)将橡皮筋一端固定在水平面上,用弹簧测力计沿水平方向拉橡皮筋的另一端,测量橡皮筋的长度,记录测力计的示数,分析数据,得出结论:
橡皮筋的弹力与其伸长量成正比,且比例系数为k=0.10N/cm;
(3)将橡皮筋的两端固定在水平面上的A、B两点,A、B两点间距为20cm;
(4)将弹簧测力计挂在橡皮筋的中点,用手在水平面内沿垂直方向拉测力计,稳定后如图1所示,测得橡皮筋的总长度为40cm.弹簧测力计的示数如图2所示,则读数为F=____________N;
(5)根据上述数据可求的橡皮筋此时的弹力T=__________N;
(6)在图1中根据给出的标度,作出橡皮筋对挂钩拉力的合力F′的图示;
(7)比较F′与____________(填物理量的符号)的大小是否相等、方向是否相同,即可得出实验结论.
(4)由图2可知弹簧测力计读数为3.46N;
(5)橡皮筋的形变量为40cm-20cm=20cm=0.2m,所以弹力F=kx=2.0N;
(6)如图.(7)理论上橡皮筋的合力与弹簧拉力等大反向,所以要比较F′与F的大小是否相等、方向是否相同.
(4)3.46(3.45~3.47) (5)2.00(2或2.0) (6)见解析图 (7)F
(对应学生用书P34)
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.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――→替代 弹簧测力计
(2)钩码――→替代 弹簧测力计
(2015山东卷)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0.50N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:
图甲
F(N)00.501.001.502.002.50
l(cm)l010.9712.0213.0005
③找出②中F=2.50N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′.
图乙
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中画出F&
shy;
l图线,根据图线求得l0=__________cm.
图丙
(2)图丁中测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为____________N.
(3)根据图丁中给出的标度,作出FOA和FOB的合力F′的图示.
图丁
(4)通过比较F′与____________的大小和方向,即可得出实验结论.
(1)根据表格数据,作出F&
l图线,图线的横截距即表示橡皮筋原长,因此l0=10.0cm.
(2)橡皮筋总长l=OA+OB=13.60cm,根据F&
l图线,可读出弹簧长度l=13.60cm时橡皮筋的拉力为1.80N.(3)根据平行四边形定则作图,对角线表示合力F′.(4)若F′与FOO′在误差范围内大小相等、方向相同,就表明力的平行四边形定则是正确的.
(1)如图1所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正确)
图1
(2)1.80(1.70~1.90均正确)
(3)如图2所示 (4)FOO′
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