江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第二章相互作用实验二力的平行四边形定则讲义含解.pdf
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1、实验二 力的平行四边形定则实验二 力的平行四边形定则 1实验目的 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 2实验原理 等效法:使一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果相同,都是使同一条一端固定 的橡皮条伸长到某点,所以这个力F就是那两个力F1和F2的合力作出力F的图示,再 根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,比较F和F的大小和方向是否相同 3实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干个)、细芯铅笔、橡皮条、 细绳套(两个) 4实验步骤 (1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上 (2)用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细
2、绳套 图 1 (3)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O, 如图 1 甲所示,记录弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时的两细绳套的方向 (4)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线, 按选定的标度作出这两个弹簧测力计 的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺、三角板作平行四边形,过O点画平行 四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示 (5)只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O, 记下弹簧测力计的读 数F和细绳套的方向,用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这个弹簧测力计的 拉力F的图示 (6)比较力F与
3、用平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同 (7)改变两个力F1和F2的大小和夹角,再重复实验两次 5注意事项 (1)不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点 小些,以便准确地记录结点O的位置 (2)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同 (3)不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条,要反复做几次,使橡皮条 拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化 (4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳套 末端用铅笔画一个点,取掉细绳套后,再将所标点与O点连直线确定力的方向 (5)在同一次实验中
4、,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图 示稍大一些 6误差分析 (1)弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比较准确的弹簧测力计 (2)弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角 适当大些 自测 1 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 B 自测 2 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 如果没有操作失误,图乙中的F与F两力中,方向一定
5、沿AO方向的是_ 答案 F 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 (2018金陵中学等三校四模)“验证力的平行四边形定则”的实验如图 3 甲所示 图 3 (1)某同学实验操作步骤如下 : 如图甲所示把橡皮条的一端固定在板上的A点,用两条细绳 连在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点 伸长到O点,用铅笔记下O点的位置,并记下两个测力计的读数 在纸上按比例作出两个力FOB、FOC的图示,用平行四边形定则求出合力F. 只用一个测力计,通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O点,记下测力计的读数和 细绳的方向, 按同样比例作出这个力F的图示(如图
6、乙), 比较F与用平行四边形定则求得 的合力F. 改变FOB和FOC的夹角和大小,重复上述过程 上述实验过程中有重要遗漏的步骤是_(填步骤序号); 图乙中, 力_的图线与AO 延长线重合(选填F或F) (2)某同学认为在实验过程中必须注意以下几项,你认为正确的有_ A拉橡皮条的细绳套适当细一些且长一些 B实验中把橡皮条节点拉到O点时,两弹簧测力计之间的夹角为 90不变,可便于计算合 力 C拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计应贴近且平行于木板 D两根细绳必须等长,且橡皮条应与两绳夹角的角平分线在同一直线上 (3)如图丙,某次测量FOB、FOC大小、方向实验过程中发现,FOC读数几乎满量程,而F
7、OB读数 不到量程一半(两弹簧测力计相同),需要作适当调整,下列做法正确的是_ A保持结点O位置不变、OB方向不变,OC逆时针转过一定的角度 B保持结点O位置不变,OB、OC逆时针转过适当的角度 C适当调整结点O远离A,OB顺时针方向、OC逆时针各转过适当角度 D适当调整结点O靠近A,OB方向可不变,OC逆时针转过一个角度 答案 (1) F (2)AC (3)D 解析 (1)本实验为了验证力的平行四边形定则, 采用的方法是作力的图示法, 作出合力的理 论值和实际值,然后进行比较,得出结果所以,实验时,除记录弹簧测力计的示数外,还 要记下两条细绳的方向,以便确定两个拉力的方向,这样才能作出拉力的
8、图示步骤中未 记下两条细绳的方向;题图乙力F是用一根弹簧测力计拉橡皮条得到的,所以应该是F 与AO延长线重合 (2)拉橡皮条的细绳套适当的细一些且长一些,有利于实验的操作,因此 A 正确两细绳套的 方向不一定要成 90夹角,故 B 错误. 弹簧测力计测量拉力时,测力计应与木板平面平行, 且细绳与弹簧伸长的方向平行,故 C 正确两根细绳不一定要等长,且橡皮条不一定要与两 绳夹角的角平分线在同一直线上,故 D 错误 (3)若O的位置不变,则合力不变,OB方向不变,则OC的大小方向均不变,故 A 错误若O 的位置不变,则合力不变,OC逆时针旋转,则OB须顺时针旋转,所以 B 错误若适当调整 结点O远
9、离A, 则合力变大,OB顺时针方向、OC逆时针各转过适当角度的话,OC会超出量程, 故 C 错误 若适当调整结点O靠近A, 则合力减小, 若OB方向不变, 逆时针旋转OC, 可增大OB 的读数,故 D 正确 变式 1 (2018锡山中学月考)在“力的合成的平行四边形定则”实验中,某同学将橡皮筋 的一端固定于P点,用一只弹簧测力计将橡皮筋的另一端拉到O点,记下拉力F合的大小和 方向 图 4 (1)改用两只弹簧测力计拉伸橡皮筋,记下两个分力,如图 4 甲所示请指出图中两处操作错 误_;_. (2)纠正错误后,记下两分力F1、F2的大小和方向,如图乙所示,用力的图示法在纸上画出 表示三个力的箭头,
10、以表示F1和F2的线段为邻边作平行四边形, 由图可得,F1和F2的合力F _N. (3)在图乙中,表示F合的线段不在平行四边形的对角线上,上述实验误差产生的原因可能有 哪些?_. 答案 (1)橡皮筋的端点没有再次回到O点 拴在橡皮筋上的细绳套太短 (2)4.5 (3)上述 实验误差产生的原因可能有力的测量有误差;作图不准确;力的方向记录不准确等 解析 (1)两处错误是:橡皮筋的端点没有再次回到O点;拴在橡皮筋上的细绳套太短; (2)由题图乙可得,F1和F2的合力F4.5 N; (3)误差原因:力的测量有误差;作图不准确;力的方向记录不准确等 命题点二 实验拓展与创新命题点二 实验拓展与创新 1
11、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 替代 (2)钩码弹簧测力计 替代 例 2 (2018徐州市期中)某同学为了“验证力的平行四边形定则” ,准备了三根相同的橡 皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、铅笔、细绳套、白纸、钉子等器材操作步骤如下: a把三根橡皮筋的一端系在一起,另一端分别系一个细绳套; b将白纸固定在木板上,在木板上钉两个钉子,将任意两个橡皮筋上的绳套分别套在两钉子 上; c立起木板,将重物挂在剩下的一个绳套上,如图 5 甲所示; d记录下三根橡皮筋的长度和橡皮筋结点的位置O及每个橡皮筋的方向; e取下白纸,利用橡皮筋的伸长量作为拉力大小,画出受
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