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实验三验证力的平行四边形定则 第二章相互作用 内容索引 过好双基关 命题点一教材原型实验 命题点二实验拓展创新 1 过好双基关 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 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 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 命题点一教材原型实验 2 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 例1 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 答案 分析 F 真实值 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 答案 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 有重要遗漏的步骤的序号是 和 遗漏的内容分别是 和 答案 C E C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 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 1 若弹簧秤a b间夹角为90 弹簧秤a的读数是 N 图中所示 则弹簧秤b的读数可能为 N 答案 解析 3 00 3 02 3 9 4 1 有效数字不作要求 F kx 500 0 01N 5N 又两分力夹角为90 则另一个分力为F2 4 00N 分析 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 变大 变大 答案 分析 2 某同学做 验证力的平行四边形定则 的实验装置如图甲所示 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 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 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 F D 答案 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 9 0 答案 分析 3 有同学利用如图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 1 改变钩码个数 实验能完成的是A 钩码的个数N1 N2 2 N3 4B 钩码的个数N1 N3 3 N2 4C 钩码的个数N1 N2 N3 4D 钩码的个数N1 3 N2 4 N3 5 答案 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 答案 3 在作图时 你认为图中 选填 甲 或 乙 是正确的 甲 答案 命题点二实验拓展创新 3 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 例2 找出 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 在秤钩上涂抹少许润滑油 将橡皮筋搭在秤钩上 如图所示 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 利用表中数据在图坐标纸上画出Fl图线 根据图线求得l0 cm 答案 分析 10 0 9 8 9 9 10 1均正确 2 测得OA 6 00cm OB 7 60cm 则FOA的大小为 N 1 80 1 70 1 90均正确 可计算橡皮筋的劲度系数若OA 6 00cm OB 7 60cm 则橡皮筋的弹力为F k x 50 6 00 7 60 10 00 10 2N 1 80N则此时FOA F 1 80N 答案 解析 3 根据给出的标度 在图中作出FOA和FOB的合力F 的图示 FOB FOA 1 80N 两力的合力F 如图乙所示 答案 见解析图乙 解析 4 通过比较F 与 的大小和方向 即可得出实验结论 答案 解析 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 FOO 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 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 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 答案 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 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 解析 为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小 满足F kx 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 5 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 F1 3 30N F2 3 85N和F3 4 25N 请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力 作出的图示如图所示 答案 见解析图 F合 4 6 4 9N都算对 解析 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Fa Fb的大小关系为 答案 解析 Fa Fb 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Fa Fb 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 答案 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 解析 橡皮筋拉伸不宜过长 选用新橡皮筋等可减小误差 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