实验三验证力的平行四边形定则课件33

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2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理第 二 章 相 互 作 用实 验 三 验 证 力 的 平 行 四 边 形 定 则 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理过好双基关 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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.(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.图1 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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60100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. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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: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.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. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理研透命题点 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理例1(2017全国卷22) 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1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图2(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.基础考点自主悟透解析由题图(b)可知,F的大小为4.0 N4.0图2 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(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F14.2 N和F25.6 N.用5 mm长度的线段表示1 N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;解析画出力F 1、F2的图示,如图所示答案见解析图 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理F合的大小为_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.解析用刻度尺量出F合的线段长约为20 mm,所以F合大小为4.0 N,F合与拉力F的夹角的正切值为tan 0.05. 答案解析4.0 0.05 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理变式1(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: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.如图3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0.50 N,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图3 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O,橡皮筋的拉力记为FO O.在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图4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.图4 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在图5的坐标纸上画出Fl图线,根据图线求得l0_cm.解析作出Fl图象,如图甲所示,求得直线的截距即为l 0,可得l010.0 cm答案见解析图10.0(9.8、9.9、10.1均正确)图5 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理( 2 )测得O A6 . 0 0 c m,O B7 . 6 0 c m,则F O A的大小为_N.若OA6.00 cm,OB7.60 cm,则橡皮筋的弹力为Fkx50(6.007.6010.00)102 N1.80 N则此时FOAF1.80 N 答案解析1.80(1.701.90均正确) 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(3)根据给出的标度,在图6中作出FOA和FOB的合力F的图示.解析F OBFOA1.80 N,两力的合力F如图乙所示.答案见解析图图6 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(4)通过比较F与_的大小和方向,即可得出实验结论.解析FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同,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. 答案解析FO O 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理变式2(2015安徽理综21)在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上,将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端.用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面上某一位置,如图7所示.请将以下的实验操作和处理补充完整:(1)用铅笔描下结点位置,记为O;(2)记录两个弹簧测力计的示数F1和F2,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点,用刻度尺把相应的点连成线;图7 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(3)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O,记录测力计的示数F3,_;解析此步骤中应记录此时拉力的大小和方向,结合(2)的操作,(3)中横线应填写:沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线. 答案解析沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(4)按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F3;(5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;(6)比较_的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并作出相应的改进后再次进行实验.解析要验证力的平行四边形定则,需要比较F和F3的大小、方向是否一致,故(6)中横线应填写F和F3. 答案解析F和F3 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理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、实验方法的迁移命题点二实验拓展创新能力考点师生共研 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理2.实验器材的改进 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理例2某小组为了验证力的平行四边形定则,设计了如图8甲所示的实验:在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B,图8两传感器的挂钩分别系着轻绳,轻绳的另一端系在一起,形成结点O,并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心.在O点挂上重G2.00 N的钩码,记录两传感器A、B的示数F 1、F2及轻绳与竖直方向的夹角1、2,用力的图示法即可验证力的平行四边形定则. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(1)当F11.00 N、F21.50 N,145、230时,请在图乙中用力的图示法作图,画出两绳拉力的合力F,并求出合力F_N. (结果保留三位有效数字)解析先画出力的标度,根据题中所给的数据,利用平行四边形定则画出力的图示并求合力F2.01 N.答案如图所示2.01(1.972.05) 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(2)该组同学在实验中,将传感器A固定在某位置后,再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转,得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度2,作出了如图丙所示的F22图象,由图丙可知A传感器所处位置的角度1_. 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理变式3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9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9 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(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的竖直方向解析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,所以实验中一定要测橡皮筋的长度,而没必要关心细绳a、b的长度,选项b和c中的操作是需要的,为了确保力的合成的等效性,需要记录题图乙中结点O的位置及过结点O的竖直方向,选项e中的操作是必需的. 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(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解析为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小,满足Fkx,应让k值相同,即橡皮筋的材料、粗细、原长均要相同,选项c正确. 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理变式4小明通过实验验证力的平行四边形定则.(1)实验记录纸如图10所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点.三个力的大小分别为:F13.30 N、F23.85 N和F34.25 N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.答案见解析图(F 合4.64.9 N都算对)解析作出的图示如图所示.图10 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化,影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.实验装置如图11所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O点,下端N挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动N,在白纸上记录下N的轨迹.重复上述过程,再次记录下N的轨迹.两次实验记录的轨迹如图12所示.过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力F a、Fb的大小关系为_.FaFb图11 图12 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理解析重物受力情况如图所示,由于重力不变,两次实验时,橡皮筋拉力FT的方向相同,故水平拉力F大小相等,即FaFb. 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果_.(填写选项前的字母)A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大解析根据题图可知,选项B、D正确,选项A、C错误. 答案解析 2019高 考 一 轮 总 复 习 物 理(4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.答案橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋.(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧.) 答案解析解析橡皮筋拉伸不宜过长,选用新橡皮筋等可减小误差.
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