2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案

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1、2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案 誤差分析 (1)誤差來(lái)源 除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 (2)減小誤差的方法 (1)結(jié)點(diǎn)O ①定位O點(diǎn)時(shí)要力求準(zhǔn)確。 ②同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條拉長(zhǎng)后的O點(diǎn)必須保持不變。 (2)拉力 ①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力時(shí)要使拉力沿彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向。 ②應(yīng)盡量使橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。 ③兩個(gè)分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小。 (3)作圖 ①在同一次實(shí)驗(yàn)中，選定的標(biāo)度要相同。 ②嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力。 注意事

2、項(xiàng) 操作不忘“三”“二”“一” 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)的“三記錄”(記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)、兩細(xì)繩方向和結(jié)點(diǎn)O的位置)，用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)的“二記錄”(記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)和細(xì)繩方向)及“一注意”(結(jié)點(diǎn)O的位置必須在同一位置)等。 熱點(diǎn)一　教材原型實(shí)驗(yàn) 【例1】　某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)如圖1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。圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖。 圖1 (1)如果沒(méi)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________。

3、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(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，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(cè)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(cè)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(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)

4、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(hào)是________和________； ②遺漏的內(nèi)容分別是___________________________________________________和___________________________________________________________________。 解析　(1)由一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條至O點(diǎn)的拉力一定沿AO方向；而兩根彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條至O點(diǎn)的拉力，根據(jù)平行四邊形定則作出兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力

5、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，故選項(xiàng)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(hào)是C、E。 ②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說(shuō)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(shuō)明“把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O” 【變式訓(xùn)練1】　完成以下“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)主要步驟： 圖2 (1)如圖2甲，用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成

6、角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，記下結(jié)點(diǎn)O的位置、兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2以及兩細(xì)繩套的方向。 (2)如圖乙，用一只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到________，記下細(xì)繩套的方向(如圖丙中的c)，讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F＝________。 (3)如圖丙，按選定的標(biāo)度作出了F1、F2的圖示，請(qǐng)?jiān)趫D丙中： ①按同樣的標(biāo)度作出力F的圖示； ②按力的平行四邊形定則作出F1、F2的合力F′。 (4)若F′與F_______________________，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。 解析　(2)如題圖乙，用一只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，記下細(xì)繩套的方向，由

7、圖示彈簧測(cè)力計(jì)可讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F＝4.0 N。 (3)①作出力F的圖示如圖所示。 ②根據(jù)力的平行四邊形定則，作出F1、F2的合力F′，如圖所示。 (4)若有F′與F在誤差范圍內(nèi)大小相等，方向相同，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證。 答案　(2)同一位置O　4.0 N　(3)見(jiàn)解析　(4)在誤差范圍內(nèi)大小相等，方向相同 熱點(diǎn)二　實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新的兩種方法 以本實(shí)驗(yàn)為背景，以實(shí)驗(yàn)中操作的注意事項(xiàng)、誤差來(lái)源設(shè)置條件，或通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目。 1.對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)方法的遷移 2.實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) (1)橡皮筋彈簧測(cè)力計(jì) (2)鉤碼彈簧測(cè)力計(jì)

8、 【例2】　(2018·昆明市教學(xué)質(zhì)量檢測(cè))某學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，裝置如圖3甲所示，在豎直放置的木板上部附近兩側(cè)，固定兩個(gè)力傳感器，同一高度放置兩個(gè)可以移動(dòng)的定滑輪，兩根細(xì)繩跨過(guò)定滑輪分別與兩力傳感器連接，在兩細(xì)繩連接的結(jié)點(diǎn)O下方懸掛鉤碼，力傳感器1、2的示數(shù)分別為F1，F(xiàn)2，調(diào)節(jié)兩個(gè)定滑輪的位置可以改變兩細(xì)繩間的夾角。實(shí)驗(yàn)中使用若干相同的鉤碼，每個(gè)鉤碼質(zhì)量均為100克，取g＝9.8 m/s2。 圖3 (1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi) B.每次實(shí)驗(yàn)都必須保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn) C.實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄

9、鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向 D.實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要用一個(gè)力傳感器單獨(dú)測(cè)量懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力 (2)根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，該同學(xué)已經(jīng)按照力的圖示的要求畫(huà)出了F1、F2，請(qǐng)你作圖得到F1、F2的合力F(只作圖，不求大小)，并寫(xiě)出該合力不完全豎直的一種可能原因____________________________________________________。 解析　(1)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，需要調(diào)節(jié)木板使其位于豎直平面內(nèi)，以保證鉤碼重力等于細(xì)線中的拉力，選項(xiàng)A正確；該裝置每次實(shí)驗(yàn)不需要保證結(jié)點(diǎn)位于O點(diǎn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)需要記錄鉤碼數(shù)量、兩力傳感器的示數(shù)和三細(xì)繩的方向，選項(xiàng)C正確；

10、懸掛于O點(diǎn)鉤碼的總重力可以根據(jù)鉤碼的質(zhì)量得出，不需要力傳感器測(cè)量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 (2)利用平行四邊形定則作出F1和F2的合力F。該合力方向不完全在豎直方向的可能原因是定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等。 答案　(1)AC　(2)如解析圖所示　定滑輪有摩擦、木板未豎直放置等(回答出一項(xiàng)合理答案即可) 【變式訓(xùn)練2】　某實(shí)驗(yàn)小組用一支彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則，設(shè)計(jì)了如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圓心O的正上方A處，另一端系繩套1和繩套2，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下： 圖4 (1)彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋，

11、使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)處，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F； (2)彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮 筋，使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處，此時(shí)繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F′； (3)根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力為_(kāi)_______； (4)比較________即可初步驗(yàn)證； (5)只改變繩套2的方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟； (6)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到60°方向，同時(shí)繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到180°方向，此過(guò)程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng)，保持繩套1和繩套2的夾角120°不變，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是_______

12、_。(填選項(xiàng)前的序號(hào)) A.逐漸增大 B.先增大后減小 C.逐漸減小 D.先減小后增大 解析　在用兩個(gè)力拉繩套時(shí)，由于夾角為120°，根據(jù)平行四邊形定則，由幾何知識(shí)可得繩套1的拉力為F，只需從彈簧秤讀數(shù)上驗(yàn)證F′和F是否相等即可。 兩個(gè)繩套在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，合力保持不變，根據(jù)平行四邊形定則畫(huà)出圖象，如圖所示，根據(jù)圖象可知，繩套1的拉力大小逐漸增大。 答案　(3)F　(4)F′和F　(6)A 1.(2017·河南模擬)某同學(xué)找到一條遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下實(shí)驗(yàn)器材驗(yàn)證平行四邊形定則：刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子、質(zhì)量不同的小重物若干、木板。實(shí)驗(yàn)方案如下

13、： 　甲　　　　　乙 圖5 ①將橡皮筋的兩端分別與兩條細(xì)繩相連，測(cè)出橡皮筋的原長(zhǎng)； ②將橡皮筋一端細(xì)繩用釘子固定在豎直木板上的A點(diǎn)，在橡皮筋的中點(diǎn)O用細(xì)繩系住重物，使重物自然下垂，如圖5甲所示； ③將橡皮筋的另一端細(xì)繩固定在豎直木板上的B點(diǎn)，如圖乙所示。 (1)為完成本實(shí)驗(yàn)，下列還必須測(cè)量的物理量為_(kāi)_____。(填選項(xiàng)前字母) A.小重物的質(zhì)量 B.細(xì)繩的長(zhǎng)度 C.圖甲中OA段橡皮筋的長(zhǎng)度 D.圖乙中OA和OB段橡皮筋的長(zhǎng)度 (2)在完成本實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，必須注意的事項(xiàng)是________。(填選項(xiàng)前字母) A.橡皮筋兩端連接的細(xì)繩長(zhǎng)度必須相同 B.圖乙中A、B兩點(diǎn)

14、必須等高 C.圖乙中連接小重物細(xì)繩必須在OA、OB夾角的角平分線上 D.記錄圖甲中O點(diǎn)的位置和OA的方向 E.記錄圖乙中O點(diǎn)的位置和OA、OB的方向 (3)若釘子位置固定，利用現(xiàn)有器材改變實(shí)驗(yàn)效果，可采用的方法是__________。 解析　(1)橡皮筋遵循胡克定律，要測(cè)量拉力可以通過(guò)測(cè)量橡皮筋的長(zhǎng)度和原長(zhǎng)，得到橡皮筋的伸長(zhǎng)量，根據(jù)拉力大小與伸長(zhǎng)量成比例作力的圖示。故選C、D。 (2)橡皮筋連接的細(xì)繩要稍微長(zhǎng)些，并非要求等長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；圖乙中A、B兩點(diǎn)不用必須等高，B錯(cuò)誤；圖乙中連接小重物的細(xì)繩可以在OA、OB夾角的角平分線上，也可以不在，C錯(cuò)誤；圖甲中O點(diǎn)的位置和OA的方向不需要記

15、錄，D錯(cuò)誤；需要記錄圖乙中O點(diǎn)的位置和OA、OB的方向，E正確。 (3)在釘子位置不變的情況下，要改變實(shí)驗(yàn)效果，只有改變小重物的質(zhì)量。故可采用的方法是更換小重物。 答案　(1)CD　(2)E　(3)更換小重物 2.小白用如圖6所示的裝置驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，其部分實(shí)驗(yàn)操作如下。 (1)請(qǐng)完成下列相關(guān)內(nèi)容： 圖6 a.在木板上記下懸掛兩個(gè)鉤碼時(shí)彈簧末端的位置O，如圖甲所示。 b.卸下鉤碼，然后將兩繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測(cè)力計(jì)將彈簧末端拉到同一位置O，記錄細(xì)繩套AO、BO的方向及兩彈簧測(cè)力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù)。圖乙中B彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為_(kāi)_________N。 c.小白在坐標(biāo)

16、紙上畫(huà)出兩彈簧拉力FA、FB的大小和方向如圖丙所示，請(qǐng)你用作圖工具在丙圖中坐標(biāo)紙上作出FA、FB的合力F′。 d.已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力F如圖丙所示。 e.最后觀察比較F和F′，得出結(jié)論。 (2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是__________。 A.理想實(shí)驗(yàn)法 B.控制變量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法 解析　b.圖中B彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為11.40 N；c.圖線如圖所示。 答案　(1)11.40　圖見(jiàn)解析　(2)C 3.(2017·全國(guó)卷Ⅲ，22) 某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫(huà)有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1

17、mm)的紙貼在水平桌面上，如圖7(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng)。 (1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出。測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示，F(xiàn)的大小為_(kāi)_______N。 (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A點(diǎn)；現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)。此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1＝4.2 N和F2＝5.6 N。 (ⅰ)用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖(a)中畫(huà)出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫(huà)出它們的合力F合； 圖7 (ⅱ)F合的大小為_(kāi)_______N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_(kāi)_______。 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。 解析　(1)由圖(b)可知，F(xiàn)的大小為4.0 N。 (2)(ⅰ)畫(huà)出力F1、F2的圖示，如圖所示 (ⅱ)用刻度尺量出F合的線段長(zhǎng)為20.0 mm，所以F合大小為×1 N＝4.0 N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為tan α≈＝0.05。 答案　(1)4.0 N　(2)(ⅰ)見(jiàn)解析 　(ⅱ)4.0　0.05