2019版高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案.doc
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2019版高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實(shí) 課堂互動考點(diǎn)突破 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 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)學(xué)生應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力。 【實(shí)驗(yàn)原理】 (1)等效法:一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn),所以一個(gè)力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力,作出力F′的圖示,如圖實(shí)Ⅲ-1所示。 (2)平行四邊形法:根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示。 (3)驗(yàn)證:比較F和F′的大小和方向是否相同,若在誤差允許的范圍內(nèi)相同,則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 【實(shí)驗(yàn)器材】 方木板一塊、白紙、彈簧測力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(幾個(gè))、細(xì)芯鉛筆。 【實(shí)驗(yàn)過程】 1.在水平桌面上平放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙固定在方木板上。 2.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)繩的另一端系上細(xì)繩套。 3.用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O,如圖實(shí)Ⅲ-2所示。 4.用鉛筆描下O點(diǎn)的位置和兩條細(xì)繩的方向,讀出并記錄兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)。 5.用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點(diǎn)沿兩條細(xì)繩的方向畫直線,按一定的標(biāo)度作出兩個(gè)力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點(diǎn)的平行四邊形的對角線即為合力F。 6.只用一個(gè)彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,讀出并記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度用刻度尺從O點(diǎn)作出這個(gè)力F′的圖示。 7.比較F′與用平行四邊形定則求出的合力 F的大小和方向,看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。 8.改變F1和F2的大小和方向,再做兩次實(shí)驗(yàn)。 【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,若兩只彈簧測力計(jì)在對拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換,直至相同為止。 2.在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時(shí),結(jié)點(diǎn)O的位置一定要相同。 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.讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意使彈簧測力計(jì)與木板平行,并使細(xì)繩套與彈簧測力計(jì)的軸線在同一條直線上,避免彈簧測力計(jì)的外殼與彈簧測力計(jì)的限位卡之間有摩擦。 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。 【誤差分析】 1.誤差來源:除彈簧測力計(jì)本身的誤差外,還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 2.減小誤差的辦法: (1)實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測力計(jì)的刻度,要按有效數(shù)字和彈簧測力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄。 (2)作圖時(shí)用刻度尺借助于三角板,使表示兩力的對邊一定要平行。 課堂互動考點(diǎn)突破 考點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)的原理與操作 [例1] 某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖實(shí)Ⅲ-3甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。圖實(shí)Ⅲ-3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)度作出這個(gè)力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” [點(diǎn)評] ①兩次的效果相同是指兩次橡皮條拉伸的方向和伸長量均相同,即需拉到同一位置O。 ②用一個(gè)彈簧測力計(jì)拉時(shí),拉力的方向一定沿橡皮條的拉伸方向。 針對訓(xùn)練: 1. (安徽理綜)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上,將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn),兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套,互成角度地施加拉力,使橡皮條伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置,如圖實(shí)Ⅲ-4所示。請將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整: (1)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置,記為O; (2)記錄兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2,沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn),用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線; (3)只用一個(gè)彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O,記錄測力計(jì)的示數(shù)F3,_________________________________________; (4)按照力的圖示要求,作出拉力F1、F2、F3; (5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F; (6)比較________的一致程度,若有較大差異,對其原因進(jìn)行分析,并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 解析 (3)沿此時(shí)細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn),用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線。 (6)為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則,需比較合力F與拉力F3的一致程度。 答案 (3)見解析 (6)F和F3 考點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 [例2] (山東理綜)某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。 實(shí)驗(yàn)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如圖實(shí)Ⅲ-5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(shù)為某一設(shè)定值時(shí),將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2,記錄彈簧秤的示數(shù)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(shù)改變0.50 N,測出所對應(yīng)的l,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示: ③找出②中F=2.50 N時(shí)橡皮筋兩端的位置,重新標(biāo)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,如圖實(shí)Ⅲ-6所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時(shí)拉橡皮筋的兩端,使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn),將兩筆尖的位置標(biāo)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(shù)據(jù)在圖實(shí)Ⅲ-7中畫出F-l圖線,根據(jù)圖線求得l0=________cm。 (2)測得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,則FOA的大小為________N。 (3)根據(jù)給出的標(biāo)度,在圖實(shí)Ⅲ-8中作出FOA和FOB的合力F′的圖示。 (4)通過比較F′與________的大小和方向,即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。 [解析] (1)根據(jù)表格數(shù)據(jù),作出F-l圖線見下圖,圖線的截距即表示橡皮筋原長,因此l0=10.0 cm。 (2)橡皮筋總長l=OA+OB=13.60 cm,根據(jù)F-l圖線,可讀出彈簧長度l=13.60 cm時(shí)橡皮筋的拉力為1.80 N。 (3)根據(jù)平行四邊形定則作圖,對角線表示合力F′。見下圖。 (4)若F′與FOO′在誤差范圍內(nèi)大小相等、方向相同,就表明力的平行四邊形定則是正確的。 [答案] (1)作圖見解析 10.0(9.8,9.9,10.1均正確) (2)1.80(1.70~1.90均正確) (3)作圖見解析 (4)FOO′ 針對訓(xùn)練: 2.“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)Ⅲ-9甲所示。 (1)某次實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計(jì)的指針位置如圖實(shí)Ⅲ-9甲所示。其中,細(xì)繩CO對O點(diǎn)的拉力大小為________N; (2)請將圖甲中細(xì)繩CO和BO對O點(diǎn)兩拉力的合力F合畫在圖乙上,由圖求出合力的大小F合=________N(保留兩位有效數(shù)字); (3)某同學(xué)對彈簧測力計(jì)中彈簧的勁度系數(shù)是多少很感興趣,于是,他將刻度尺與彈簧測力計(jì)平行放置,如圖丙所示,利用讀得的數(shù)據(jù),他得出了彈簧的勁度系數(shù),那么,該彈簧的勁度系數(shù)k=________N/m(保留兩位有效數(shù)字)。 解析 (1)由圖甲可讀出CO對O點(diǎn)的拉力大小為2.60 N。 (2)在圖乙上的畫圖如圖所示,結(jié)合作圖可求知合力大小為5.1 N。 (3)由圖丙可知,彈簧測力計(jì)零刻度線對應(yīng)5.0 mm,2. 60 N對應(yīng)48.0 mm,由胡克定律,F(xiàn)=kx,解得k=F/x=60 N/m。 答案 (1)2.60 (2)圖見解析 5.1 (3)60 考點(diǎn)三 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新) [例3] (衡陽模擬)如圖實(shí)Ⅲ-10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。B固定不動,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,移動傳感器A改變θ角 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,得到表格。 (1)根據(jù)表格數(shù)據(jù),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 針對訓(xùn)練: 3.某同學(xué)嘗試用橡皮筋等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則,他找到兩條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):將兩條橡皮筋的一端與細(xì)繩連接,結(jié)點(diǎn)為O,細(xì)繩下掛一重物,兩橡皮筋的另一端也都連有細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)時(shí),先將一條橡皮筋的另一端的細(xì)繩固定在墻上的釘子A上,另一條橡皮筋任其下垂,如圖實(shí)Ⅲ-11甲所示;再將另一條橡皮筋的另一端的細(xì)繩固定在墻上的釘子B上,如圖實(shí)Ⅲ-11乙所示。 (1)為完成實(shí)驗(yàn),下述操作中必需的是 A.兩橡皮筋的另一端連接的細(xì)繩a、b長度要相同 B.要測量橡皮筋的原長 C.要測量圖甲和圖實(shí)Ⅲ-11乙中橡皮筋的長度 D.要記錄圖甲中結(jié)點(diǎn)O的位置及過結(jié)點(diǎn)O的豎直方向 E.要記錄圖乙中結(jié)點(diǎn)O′的位置及過結(jié)點(diǎn)O′的豎直方向 (2)對該實(shí)驗(yàn)“兩條相同的橡皮筋”的要求的理解正確的是( ) A.橡皮筋的材料和原長相同即可 B.橡皮筋的材料和粗細(xì)相同即可 C.橡皮筋的材料、原長和粗細(xì)均要相同 解析 (1)首先應(yīng)明白該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理,即用橡皮筋的伸長量來表示彈力的大小,所以實(shí)驗(yàn)中一定要測橡皮筋的長度,而沒必要關(guān)心細(xì)繩a、b的長度,選項(xiàng)B和C中的操作是需要的,為了確保力的合成的等效性,需要題圖乙中結(jié)點(diǎn)O′的位置及過結(jié)點(diǎn)O′的豎直方向,選項(xiàng)E中的操作是必需的。 (2)為了能用橡皮筋的伸長量表示彈力大小,滿足F=kx,應(yīng)讓k值相同,即橡皮筋的材料、粗細(xì)、原長均要相同,選項(xiàng)C正確。 答案 (1)BCE (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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