2020版高考物理一轮复习第二章第6节实验:研究两个互成角度力的合成规律讲义含解析.pdf
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1、实验:研究两个互成角度力的合成规律实验:研究两个互成角度力的合成规律 一、实验目的 1研究两个互成角度力的合成规律。 2学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。 二、实验原理 等效思想:使一个力F的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同,就是使同一条 一端固定的橡皮条伸长到同一点O,即伸长量相同,所以F为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、F在实验误差允 许的范围内是否大小相等、方向相同。 三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉 (几个)、铅笔。 部分器材用途 橡皮条伸长量相同,
2、保证两次操作作用效果相同 白纸 用铅笔在其上描点,确定力的方向,并作出力的图示以验证力 的平行四边形定则 四、实验步骤 1仪器安装 (1)如实验原理图所示,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绳套。 2测量与记录 (1)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸 长到某一位置O。记录两弹簧测力计的读数F1、F2,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的 方向。 (2)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。 (3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向
3、,再重做两次实验。 五、数据处理 1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。 2用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中只用一个弹簧测力计的 拉力F的图示。 3比较F与F是否完全重合或几乎完全重合,从而研究两个互成角度力的合成规律。 六、误差分析 1 弹簧测力计读数时会带来误差, 在条件允许的情况下, 弹簧测力计的示数适当大一些。 读数时眼睛一定要平视,要按有效数字的读数规则正确地读数和记录。 2针对作图带来的实验误差
4、,重点关注两方面,一是两个分力F1、F2间的夹角要适当 大一些,以 60100之间为宜,夹角太大或太小都会带来较大误差,此外细绳套应适当 长一些,便于确定力的方向;二是选定的标度要合理,两个分力的图示分别等于 36 倍标 度比较合理。 七、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。 2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。 基础考法 考法(一) 实验原理与操作 1某实验小组用如图所示的装置做“研究两个互成角度力的合成规律”实验。 (1)下面关于此实验的说法,不正确的一项是_。 A如图甲,用两个弹簧测力
5、计把橡皮条的一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹 角必须取 90 ,以便算出合力的大小 B用一个弹簧测力计拉橡皮条时(如图乙),必须保证仍把橡皮条的一端拉到O点 C实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正视弹簧测力计的刻度 D拉橡皮条的细线要稍长一些,用以标记细线方向的两点距离要远些 (2)图丙是某同学得到的实验结果,其中_(选填“F”或“F”)表示的是用一 个弹簧测力计拉橡皮条时的结果。 解析:(1)用两个弹簧测力计把橡皮条的一端拉到O点时,两个弹簧测力计之间的夹角 不一定要取 90,大小适当即可,选项 A 错误;用一个弹簧测力计拉橡皮条时,必须保证 仍把橡皮条的一端拉到O点,
6、以保证等效性,选项 B 正确 ; 实验中,弹簧测力计必须保持与 木板平行, 读数时视线要正视弹簧测力计的刻度, 选项 C 正确 ; 拉橡皮条的细线要稍长一些, 用以标记细线方向的两点距离要远些,选项 D 正确。 (2)F是合力的实验值,与OA共线,则F表示的是用一个弹簧测力计拉橡皮条时的 结果。 答案:(1)A (2)F 2某同学做“研究两个互成角度力的合成规律”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。 (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_。 (2)本实验采用的科学方法是
7、_。 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 (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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平 行四边形定则求出合力F; E只用一个弹簧测力计,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
8、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标号是_和_; 遗漏的内容分别是_ 和_。 解析:(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;而根据平行四边形 定则作出的合力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F。 (2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果可以等效替代,故本 实验采用等效替代法,B 正确。 (3)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作步骤可知,有重要遗漏的步骤的标 号是 C、E。 在 C 中未记下两条细绳的方向,E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。 答
9、案 : (1)F (2)B (3)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” 考法(二) 数据处理与误差分析 3(2018天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,所用器材有: 方木板一块, 白纸, 量程为 5 N 的弹簧测力计两个, 橡皮条(带两个较长的细绳套), 刻度尺, 图钉(若干个)。 (1)具体操作前,同学们提出了如下关于实验操作的建议,其中正确的有_。 A橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B重复实验再次进行验证时,结点O的位置可以与前一次不同 C使用测力计时,施力方向应沿测力计轴线;读数时视线应正对测力计刻度 D
10、用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计的拉力 (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验,白纸上留下的标注信息有结点位置O、 力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点,如下图所示。其中对于提高实验精度 最有利的是_。 解析:(1)两细绳套拉力的合力不一定沿两细绳套夹角的角平分线,故 A 错误。同一次 实验, 用一个细绳套拉橡皮条和用两个细绳套拉橡皮条结点O的位置应相同, 不同次实验结 点O的位置可以不同, 故 B 正确。 为减小弹簧测力计摩擦和误差, 施力方向应沿测力计轴线, 读数时视线正对测力计刻度,故 C 正确。合力可以比分力大,也可以比分力小,故 D 错误。
11、(2)为了提高实验精度,测力计读数应适当大一些,标度应适当小一些,两分力夹角适 当大一些,标注细线方向的两点离结点应适当远一些。故选 B。 答案:(1)BC (2)B 4在研究两个互成角度力的合成规律时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一 端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧 测力计互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。 (1)同学们在操作过程中有如下议论, 其中对减小实验误差有益的说法是_(填字 母代号)。 A两根细绳必须等长 B弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 C用两个弹簧测力计同时拉细绳时,两弹簧测力计示数适当
12、大一些 D拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远些 (2)当橡皮条的活动端拉到O点时, 两根细绳相互垂直, 如图所示。 这时弹簧测力计a、b 的读数分别为_N 和_N。 (3)在给出的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力,并利用作图法求出 合力大小为_N。 解析:(1)拉橡皮条的两根细绳长度不需要相等,适当长一些,标记同一细绳方向的两 点离得远一些, 可以减小在方向描述上的误差。 弹簧测力计、 细绳、 橡皮条都应与木板平行, 以保证各拉力的方向与木板平行, 这样能够在白纸上记录下各力的方向。 弹簧测力计示数适 当大一些可减小误差,B、C、D 正确。 (2)弹簧测力计上最小一
13、格表示 0.1 N,读数时有效数字要保留两位小数,即a、b测力 计示数分别为 4.00 N 和 2.50 N。 (3)以方格纸上一个小格的边长作为 0.5 N 的标度,作出两个拉 力的图示,以这两个拉力为邻边作平行四边形,则所夹的对角线就表 示合力的大小和方向, 如图所示。 量出该对角线的长度,结合标度,可 得合力大小约为 4.70 N。 答案:(1)BCD (2)4.00 2.50 (3)作图见解析 4.70 5(2017全国卷)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(a)所示。将橡 皮筋的一端Q固
14、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。 (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
15、合力F合; ()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 : (1)由测力计的读数规则可知,读数为 4.0 N。(2)()利用平行四边形定则作图, 如图所示。 ()由图可知F合4.0 N,从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线,顶点的横坐标对应 长度为 1 mm,顶点的纵坐标长度为 20 mm,则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为 0.05。 答案:(1)4.0 (2)()图见解析 ()4.0 0.05 例 1 某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器 材研究两个互成角度力的合成
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