高考物理复习第二章 实验三.docx
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高考物理复习第二章实验三
实验三 验证力的平行四边形定则
1.实验原理
互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相同.
2.实验器材
木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.
3.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)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.如图1甲所示.
图1
(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.
(4)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向,如图乙所示.
(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F,看它们在实验误差允许的范围内是否相同.
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,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同,这是利用了等效替代的思想.
(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)误差来源:
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盘,要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录.
②作图时使用刻度尺,并借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行.
命题点一 教材原型实验
例1
某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图2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2
(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只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
E.只用一只弹簧测力计,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_________________________.
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”
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;而两根弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力,根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力,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.
1.某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m.如图3所示,用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验.在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下,
图3 图4
(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°,弹簧秤a的读数是______N(图4中所示),则弹簧秤b的读数可能为______N.
(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,则弹簧秤a的读数________、弹簧秤b的读数________(填“变大”、“变小”或“不变”).
答案
(1)3.00~3.02 3.9~4.1(有效数字不作要求)
(2)变大 变大
解析
(1)由图可知弹簧秤a的读数是F1=3.00N;因合力为F=kx=500×0.01N=5N,又两分力夹角为90°,则另一个分力为F2=
=4.00N.
(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,如图所示,根据力的平行四边形定则可知,弹簧秤a的读数变大,弹簧秤b的读数变大.
2.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验装置如图5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.根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示,已知实验过程中操作正确.
图5
(1)乙图中F1、F2、F、F′四个力,其中力________(填上述字母)不是由弹簧测力计直接测得的.实验中,要求先后两次力的作用效果相同,指的是________(填正确选项前字母).
A.两个弹簧测力计拉力F1和F2的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小
B.橡皮条沿同一方向伸长
C.橡皮条伸长到同一长度
D.橡皮条沿同一方向伸长同一长度
(2)丙图是测量中某一弹簧测力计的示数,读出该力大小为________N.
答案
(1)F D
(2)9.0
解析
(1)F在以F1与F2为邻边的平行四边形的对角线上,不是由弹簧测力计直接测出的.该实验采用了“等效替代”法,即合力与分力的关系是等效的,前后两次要求橡皮条沿同一方向伸长同一长度,故A、B、C错误,D正确.
(2)根据丙图读出力的值为9.0N.
3.有同学利用如图6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FTOA、FTOB和FTOC,回答下列问题:
图6
(1)改变钩码个数,实验能完成的是( )
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( )
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7中________(选填“甲”或“乙”)是正确的.
图7
答案
(1)BCD
(2)A (3)甲
命题点二 实验拓展创新
例2
(2015·山东理综·21)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.
图8
②如图8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:
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9
④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图9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10坐标纸上画出Fl图线,根据图线求得l0=________cm.
图10
(2)测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为________N.
(3)根据给出的标度,在图11中作出FOA和FOB的合力F′的图示.
图11
(4)通过比较F′与________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、9.9、10.1均正确)
(2)1.80(1.70~1.90均正确) (3)见解析图乙 (4)FOO′
解析
(1)作出Fl图象,如图甲所示,求得直线的横轴截距即为l0,可得l0=10.0cm
(2)可计算橡皮筋的劲度系数k=
=
N/m=50N/m
若OA=6.00cm,OB=7.60cm,则橡皮筋的弹力为
F=kΔx=50×(6.00+7.60-10.00)×10-2N=1.80N
则此时FOA=F=1.80N
(3)FOB=FOA=1.80N,两力的合力F′如图乙所示.
(4)FOO′的作用效果和FOA、FOB两个力共同作用的效果相同,F′是FOA、FOB两个力的合力,所以通过比较F′和FOO′的大小和方向,可得出实验结论.
实验拓展创新的两种方法
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
弹簧测力计
(2)钩码
弹簧测力计
4.某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则,他找到两条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:
将两条橡皮筋的一端与细绳连接,结点为O,细绳下挂一重物,两橡皮筋的另一端也都连有细绳.实验时,先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子A上,另一条橡皮筋任其下垂,如图12甲所示;再将另一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子B上,如图乙所示.
图12
(1)为完成实验,下述操作中必需的是________.
a.两橡皮筋的另一端连接的细绳a、b长度要相同
b.要测量橡皮筋的原长
c.要测量图甲和图乙中橡皮筋的长度
d.要记录图甲中结点O的位置及过结点O的竖直方向
e.要记录图乙中结点O′的位置及过结点O′的竖直方向
(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的是________.
a.橡皮筋的材料和原长相同即可
b.橡皮筋的材料和粗细相同即可
c.橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同
答案
(1)bce
(2)c
解析
(1)首先应明白该实验的实验原理,即用橡皮筋的伸长量来表示弹力的大小
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- 高考物理复习第二章 实验三 高考 物理 复习 第二 实验