2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則高效演練.doc
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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則高效演練 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)的平行四邊形定則. 2.培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力. 二、實(shí)驗(yàn)原理 互成角度的兩個(gè)力F1、F2與另外一個(gè)力F′產(chǎn)生相同的效果,看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相等. 三、實(shí)驗(yàn)器材 木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測力計(jì)兩個(gè)、三角板、刻度尺. 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上. 2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套. 3.用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向. 4.只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向. 5.改變兩彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,再重做兩次實(shí)驗(yàn). 一、數(shù)據(jù)處理 1.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形, 過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示. 2.用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實(shí)驗(yàn)步驟4中彈簧測力計(jì)的拉力F′的圖示. 3.比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗(yàn)證平行四邊形定則. 二、注意事項(xiàng) 1.同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計(jì)的選取方法是:將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互鉤對拉,讀數(shù)相同. 2.在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時(shí),結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同. 3.用兩只彈簧測力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角不宜太大也不宜太小,在60~100之間為宜. 4.實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)應(yīng)與木板平行,讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測力計(jì)的刻度,在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數(shù)值盡量大些. 5.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向.不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn),去掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接,即可確定力的方向. 6.在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些. 三、誤差分析 1.彈簧測力計(jì)本身的誤差. 2.讀數(shù)誤差和作圖誤差. 3.兩分力F1、F2間的夾角θ越大,用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大. 考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)原理 [學(xué)生用書P34] 某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖. (1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F′兩力中,方向一定沿AO方向的是________. (2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是________. A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.等效替代法 C.控制變量法 D.建立物理模型法 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí),主要的步驟是: A.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上; B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn),在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套; C.用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記錄下O點(diǎn)的位置,讀出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù); D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力F; E.只用一只彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出F′的圖示; F.比較F′和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論. 上述步驟中: ①有重要遺漏的步驟的序號是________和________; ②遺漏的內(nèi)容分別是________________________________________________________________________ 和________________________________________________________________________. [解析] (1)由一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條至O點(diǎn)的拉力一定沿AO方向;而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力,由于誤差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F′. (2)一個(gè)力的作用效果與兩個(gè)力的作用效果相同,它們的作用效果可以等效替代,故B正確. (3)①根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程可知,有重要遺漏的步驟的序號是C、E. ②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向,E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O. [答案] (1)F′ (2)B (3)①C E?、贑中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向” E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O” 考點(diǎn)二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 [學(xué)生用書P34] (xx高考江蘇卷)小明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則. 甲 (1)實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖甲所示,O 點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計(jì)共同作用時(shí),拉力 F1和 F2 的方向分別過 P1 和 P2 點(diǎn);一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時(shí),拉力 F3 的方向過 P3 點(diǎn). 三個(gè)力的大小分別為:F1=3.30 N、F2=3.85 N和 F3=4.25 N. 請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出 F1和F2的合力. (2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn),小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果.他用彈簧測力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度, 發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同,于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響. 實(shí)驗(yàn)裝置如圖乙所示,將一張白紙固定在豎直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于 O 點(diǎn),下端 N 掛一重物. 用與白紙平行的水平力緩慢地移動(dòng) N,在白紙上記錄下N 的軌跡. 重復(fù)上述過程,再次記錄下 N 的軌跡. 兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖丙所示. 過 O 點(diǎn)作一條直線與軌跡交于 a、b 兩點(diǎn), 則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到 a 和 b 時(shí)所受拉力 Fa、Fb 的大小關(guān)系為________. (3)根據(jù)(2)中的實(shí)驗(yàn),可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有哪些________(填寫選項(xiàng)前的字母). A.橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B.兩次受到的拉力相同時(shí),橡皮筋第 2 次的長度較長 C.兩次被拉伸到相同長度時(shí),橡皮筋第 2 次受到的拉力較大 D.兩次受到的拉力相同時(shí),拉力越大,橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實(shí)驗(yàn)探究,請對驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)提出兩點(diǎn)注意事項(xiàng). [解析] (2)以重物為研究對象,進(jìn)行受力分析.重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力,重物處于靜止?fàn)顟B(tài)的合力為零,因橡皮筋的拉力方向相同,故橡皮筋的拉力相等. (3)橡皮筋的形變量和所受到的力有關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;從圖上看,第二次運(yùn)動(dòng)軌跡遠(yuǎn)離O點(diǎn),橡皮筋第2次的形變量大,B正確;兩次拉伸到相同長度,第二次對應(yīng)的力小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;拉力越大,由題圖丙可得橡皮筋兩次的長度差越大,故選項(xiàng)D正確. (4)注意選取橡皮筋的技巧:一要新;二要彈性好;三不要超過彈性限度.故拉力不應(yīng)該太大;橡皮筋不能太長;選用彈性較好的橡皮筋. [答案] (1)如圖(F合=4.6~4.9 N都算對) (2)Fa=Fb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜過長;選用新橡皮筋(或:拉力不宜過大;選用彈性好的橡皮筋;換用彈性好的彈簧) [學(xué)生用書P35] xx年高考命題對本實(shí)驗(yàn)可能從以下角度改進(jìn): 1.在水平面內(nèi)改為在豎直平面內(nèi)做實(shí)驗(yàn),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(jì)用力傳感器取代,可避免摩擦的影響,使讀數(shù)更方便、精確. 某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P,下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn),手持另一端向左拉,使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向. (1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計(jì)示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為________N. (2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是________. A.應(yīng)測量重物M所受的重力 B.彈簧測力計(jì)應(yīng)在使用前校零 C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行 D.改變拉力,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置 (3)某次實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程,請您提出兩個(gè)解決辦法. [解析] (1)彈簧測力計(jì)的最小刻度為0.2 N,所以A的讀數(shù)為3.6 N. (2)根據(jù)三力平衡的特點(diǎn)可知,彈簧測力計(jì)A、B的拉力的合力與重物M的重力等值反向,故A項(xiàng)是必要的.彈簧測力計(jì)的零點(diǎn)誤差影響各拉力的測量值,所以使用前需校零,B項(xiàng)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(nèi),C項(xiàng)也是必要的.實(shí)驗(yàn)中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗(yàn)證平行四邊形定則,而測力計(jì)A的拉力不同時(shí)O點(diǎn)的位置就不同,故沒必要使O點(diǎn)靜止在同一位置,答案為D. (3)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程,說明拉彈簧測力計(jì)A的力大了,可行的解決方法有:①改變彈簧測力計(jì)B拉力的大小或方向;②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計(jì)). [答案] (1)3.6 (2)D (3)見解析 [點(diǎn)評] 本實(shí)驗(yàn)利用了三力平衡的特點(diǎn)來驗(yàn)證力的平行四邊形定則,實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有必要每次都使O點(diǎn)靜止在同一位置,只要整個(gè)裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)即可,使操作更方便. [學(xué)生用書P35] 1.(xx長春模擬)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮條的一端固定在木板上,用兩只彈簧測力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn),則下列說法中正確的是( ) A.同一次實(shí)驗(yàn)中,O點(diǎn)位置不允許變動(dòng) B.實(shí)驗(yàn)中,只需記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和O點(diǎn)的位置 C.實(shí)驗(yàn)中,把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時(shí),兩只彈簧測力計(jì)之間的夾角必須取90 D.實(shí)驗(yàn)中,要始終將其中一只彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大量程,然后調(diào)節(jié)另一只彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點(diǎn) 解析:選A.為保證等效,必須把橡皮條的某一端拉到同一點(diǎn),故A正確;實(shí)驗(yàn)中還要記錄拉力的方向,故B錯(cuò)誤;兩拉力的夾角可以是其他的合適角度,C錯(cuò)誤;實(shí)驗(yàn)中不能超出彈簧測力計(jì)的最大量程,因此開始時(shí)彈簧測力計(jì)示數(shù)要小于最大量程,D錯(cuò)誤. 2.(xx武漢調(diào)研)某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證力的平行四邊形定則.圖甲中GE是橡皮條,輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的下端;圖乙中用兩個(gè)互成角度的拉力F1、F2將小圓環(huán)拉至O點(diǎn);圖丙中用一個(gè)拉力F將小圓環(huán)仍拉至O點(diǎn).下列說法正確的是( ) A.進(jìn)行圖乙中的操作時(shí),拉力F1、F2的方向一定相互垂直 B.在圖乙、丙中,橡皮條必須沿豎直方向拉伸 C.在圖乙、丙中,必須將小圓環(huán)拉至相同的位置 D.圖乙操作完成后,可更換橡皮條,繼續(xù)完成圖丙所示的實(shí)驗(yàn)步驟 解析:選C.進(jìn)行圖乙中的操作時(shí),只需兩拉力F1、F2的大小、方向明確,不一定相互垂直,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圖乙、丙中的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的效果相同,就是將小圓環(huán)拉至相同的位置,圖乙操作完成后,若更換橡皮條,則不能驗(yàn)證力的平行四邊形定則,選項(xiàng)C正確,B、D錯(cuò)誤. 3.下面是關(guān)于“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn). (1)如圖為利用實(shí)驗(yàn)記錄的結(jié)果作出的圖,則圖中的________是力F1和F2的合力理論值,________是力F1和F2的等效合力的實(shí)際測量值. (2)如果某同學(xué)實(shí)驗(yàn)中測出F1>F2的同時(shí),運(yùn)用量角器測量出F1和F2的夾角為75,然后做出如下的幾個(gè)推斷,其中正確的是________. A.將F1轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,可以使合力F的方向不變 B.將F2轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,可以使合力F的方向不變 C.保持F1的大小和方向不變,將F2逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30,可以使合力F的大小和方向都不變 D.只有保持F1和F2的大小不變,同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,才可能使合力F的大小和方向都不變 解析:(1)等效合力在方向上沒有誤差,一定在AO方向上. (2)由平行四邊形定則易知A、B正確,C、D錯(cuò)誤. 答案:(1)F F′ (2)AB 4.(xx深圳模擬)根據(jù)要求,完成“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn). (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(diǎn),另一端B連接兩條輕繩,跨過定滑輪后各拴一細(xì)繩套,分別掛上3個(gè)鉤碼和4個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼重1 N),調(diào)整滑輪的位置,穩(wěn)定后結(jié)點(diǎn)B位于O處,記下________和兩條細(xì)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(xì)繩的拉力F1和F2;再用一個(gè)彈簧測力計(jì)把結(jié)點(diǎn)B也拉至O處,記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F′=________N,取下彈簧測力計(jì). (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(xiàn)它們不是完全一致的,其可能的原因是________________________(填一個(gè)原因). 解析:(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)記錄結(jié)點(diǎn)O的位置. (2)讀數(shù)為5.0 N. (3)力的圖示如圖所示. (4)產(chǎn)生誤差的原因有測量存在誤差;作圖沒有畫準(zhǔn);彈簧測力計(jì)自身重力的影響;滑輪與繩之間的摩擦力等. 答案:(1)O的位置 (2)5.0 (3)、(4)見解析 5.(xx衡陽模擬)如圖所示,某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置研究支架上力的分解.A、B為兩個(gè)相同的雙向力傳感器,該型號傳感器在受到拉力時(shí)讀數(shù)為正,受到壓力時(shí)讀數(shù)為負(fù).A連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩,可沿固定的板做圓弧形移動(dòng).B固定不動(dòng),通過光滑鉸鏈連接長0.3 m的桿.將細(xì)繩連接在桿右端O點(diǎn)構(gòu)成支架.保持桿在水平方向,按如下步驟操作: ①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB=θ ②對兩個(gè)傳感器進(jìn)行調(diào)零 ③用另一根繩在O點(diǎn)懸掛一個(gè)鉤碼,記錄兩個(gè)傳感器的讀數(shù) ④取下鉤碼,移動(dòng)傳感器A改變θ角 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,得到表格. F1 1.001 0.580 … 1.002 … F2 -0.868 -0.291 … 0.865 … θ 30 60 … 150 … (1)根據(jù)表格,A傳感器對應(yīng)的是表中力________(選填“F1”或“F2”).鉤碼質(zhì)量為________kg(保留一位有效數(shù)字). (2)本實(shí)驗(yàn)中多次對傳感器進(jìn)行調(diào)零,對此操作說明正確的是________. A.因?yàn)槭孪韧浾{(diào)零 B.何時(shí)調(diào)零對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響 C.為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響 D.可以完全消除實(shí)驗(yàn)的誤差 解析:(1)A傳感器中的力均為正值,故A傳感器對應(yīng)的是表中力F1,平衡時(shí),mg=F1sin θ,當(dāng)θ=30時(shí),F(xiàn)1=1.001 N,可求得m=0.05 kg. (2)在掛鉤碼之前,對傳感器進(jìn)行調(diào)零,目的是為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響,故C正確. 答案:(1)F1 0.05 (2)C- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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