2019版高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)增分專題3驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案.docx

實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則考綱要求考情分析命題趨勢研究力的平行四邊形定則2017全國卷，22對本實(shí)驗(yàn)的考查主要側(cè)重于基本實(shí)驗(yàn)步驟細(xì)節(jié)的落實(shí)、實(shí)驗(yàn)誤差的分析、等效法的理解等，當(dāng)然本實(shí)驗(yàn)也可以通過其他形式的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，遇到這種情況要注意創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)與基本實(shí)驗(yàn)的區(qū)別和聯(lián)系知識(shí)梳理夯實(shí)基礎(chǔ)一、實(shí)驗(yàn)流程二、誤差分析1誤差來源除彈簧測力計(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定位O點(diǎn)時(shí)要力求準(zhǔn)確同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條拉長后的O點(diǎn)必須保持不變(2)拉力用彈簧測力計(jì)測拉力時(shí)要使拉力沿彈簧測力計(jì)軸線方向應(yīng)盡量使橡皮條、彈簧測力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi)兩個(gè)分力F1、F2間的夾角不要太大或太小(3)作圖在同一次實(shí)驗(yàn)中，選定的標(biāo)度要相同嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力三、注意事項(xiàng)操作不忘“三”“二”“一”用兩個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計(jì)示數(shù)、兩細(xì)繩方向和結(jié)點(diǎn)O的位置)，用一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)的“二記錄”(記錄彈簧測力計(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)等四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)彈簧測力計(jì)也可以完成實(shí)驗(yàn)，具體操作如下：1把兩條細(xì)繩中的一條細(xì)繩與彈簧測力計(jì)連接，另一條細(xì)繩用手直接抓住，然后同時(shí)拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，記下兩條細(xì)繩的方向和彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1.2放回橡皮條后，將彈簧測力計(jì)連接到另一細(xì)繩上，然后同時(shí)拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，并使兩條細(xì)繩位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)F2.其他步驟與提供兩個(gè)彈簧測力計(jì)相同這種操作的優(yōu)點(diǎn)是能減小因兩個(gè)彈簧測力計(jì)的不同而帶來的誤差，但實(shí)驗(yàn)過程麻煩核心考點(diǎn)分層突破考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與操作例1(2018江西南昌模擬)某同學(xué)用鉤碼和彈簧測力計(jì)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)(1)請將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容補(bǔ)充完整：A將一根橡皮筋的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上，在另一端綁上兩根系有細(xì)繩套的細(xì)線B其中一根細(xì)線掛上5個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼(每個(gè)鉤碼質(zhì)量均為50 g)，使橡皮筋拉伸，如圖甲所示，記錄_鉤碼的個(gè)數(shù)(細(xì)線上的拉力)_、結(jié)點(diǎn)的位置O和細(xì)線方向C將圖甲中鉤碼取下一個(gè)，并將細(xì)線用一光滑鐵釘B(可隨時(shí)固定)支開，在另一細(xì)線上掛上彈簧測力計(jì)，使兩細(xì)線成一定角度，拉彈簧測力計(jì)，如圖乙所示，圖中、可測定，當(dāng)時(shí)，橡皮筋正好位于豎直方向且橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)的位置O重合，此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為_1.5_N.(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭10 m/s2)(2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是_B_.A理想實(shí)驗(yàn)法B等效替代法C控制變量法D建立物理模型法解析(1)由實(shí)驗(yàn)原理可知本實(shí)驗(yàn)利用等效替代法來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，圖甲中鉤碼的重力即合力大小，細(xì)線方向即合力方向，所以應(yīng)記錄鉤碼的個(gè)數(shù)(細(xì)線上的拉力)、結(jié)點(diǎn)O的位置和細(xì)線方向，在用鉤碼和彈簧測力計(jì)一起拉橡皮筋時(shí)，一定要將橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)的位置O重合，此時(shí)應(yīng)記錄鉤碼個(gè)數(shù)、彈簧測力計(jì)示數(shù)及對應(yīng)的細(xì)線方向，分析圖乙中結(jié)點(diǎn)的受力情況可得水平方向有4mgcos Fcos ，代入數(shù)據(jù)得彈簧測力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為F3mg1.5 N.(2)由(1)知是等效替代法考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理例2(2017全國卷)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖甲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(1)用一只測力計(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的大小可由彈簧測力計(jì)讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示，F(xiàn)的大小為_4.0_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)拉力分別沿圖甲中兩條虛線所示的方向，由測力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F14.2 N和 F25.6 N.用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)為作用點(diǎn)，在圖甲中畫出力F1、F2的圖示，然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合；F合的大小為_4.0_N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為_0.05_.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)彈簧測力計(jì)的分度值為0.2 N，F(xiàn)的大小為4.0 N.(2)圖見答案分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，并作出對角線，即得F合表示F合的線段的長度為20.0 mm，F(xiàn)合1 N4.0 NF合與拉力F的夾角的正切值為tan 0.05.答案(2)F1、F2和F合如圖所示考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案1將水平面內(nèi)改為在豎直平面內(nèi)做實(shí)驗(yàn)，拉橡皮筋改為懸掛重物，可避免橡皮筋彈性變化帶來的誤差2彈簧測力計(jì)用力傳感器取代，可避免摩擦的影響，使讀數(shù)更方便、精確例3(2018安徽合肥模擬)一同學(xué)用電子秤、水壺、細(xì)線、墻釘和貼在墻上的白紙等物品，在家中驗(yàn)證力的平行四邊形定則(1)如圖甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺_靜止_時(shí)電子秤的示數(shù)F.(2)如圖乙，將三細(xì)線L1、L2、L3的一端打結(jié)，另一端分別拴在電子秤的掛鉤、墻釘A和水壺杯帶上水平拉開細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置、_三細(xì)線的方向_和電子秤的示數(shù)F1.(3)如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上，并將L1拴在其上手握電子秤沿著(2)中L2的方向拉開細(xì)線L2，使_結(jié)點(diǎn)O的位置_和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2.(4)在白紙上按一定標(biāo)度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示，根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示，若_F和F在誤差允許的范圍內(nèi)重合_，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證解析(1)要測量裝滿水的水壺的重力，則記下水壺靜止時(shí)電子秤的示數(shù)F.(2)要畫出平行四邊形，則需要記錄分力的大小和方向，所以在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置的同時(shí)也要記錄三細(xì)線的方向以及電子秤的示數(shù)F1.(3)已經(jīng)記錄了一個(gè)分力的大小，還要記錄另一個(gè)分力的大小，則結(jié)點(diǎn)O的位置不能變化，力的方向也都不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點(diǎn)O的位置和三根細(xì)線的方向與(2)中重合，記錄電子秤的示數(shù)F2.(4)根據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F的圖示，若F和F在誤差允許的范圍內(nèi)重合，則平行四邊形定則得到驗(yàn)證對應(yīng)演練遷移運(yùn)用1(2017上海黃浦模擬)根據(jù)要求，完成“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)(1)如圖甲所示，把白紙固定在木板上后，再把木板豎立在桌面上，用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)，另一端B連接兩條輕繩，跨過定滑輪后各拴一細(xì)繩套，分別掛上3個(gè)鉤碼和4個(gè)鉤碼(每個(gè)鉤碼重1 N)，調(diào)整滑輪的位置，穩(wěn)定后結(jié)點(diǎn)B位于O處，記下_O的位置_和兩條細(xì)繩的方向，取下滑輪及鉤碼(2)如圖乙所示，取某單位長度表示1 N，用力的圖示作出兩條細(xì)繩的拉力F1和F2；再用一個(gè)彈簧測力計(jì)把結(jié)點(diǎn)B也拉至O處，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F_5.0_N，取下彈簧測力計(jì)(3)在圖丙中作出F1和F2的合力F及拉力F的圖示(4)對比F和F的大小和方向，發(fā)現(xiàn)它們不是完全一致的，其可能的原因是_見解析_.(填一個(gè)原因)解析(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)記錄結(jié)點(diǎn)O的位置(2)讀數(shù)為5.0 N.(3)力的圖示如圖所示(4)產(chǎn)生誤差的原因有測量存在誤差、作圖沒有畫準(zhǔn)、滑輪與繩之間的摩擦力等2(2018山西太原模擬)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，需要將橡皮筋的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)(1)實(shí)驗(yàn)過程中，除記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和O點(diǎn)位置，還必須記錄_兩根細(xì)繩的方向_.在坐標(biāo)紙上畫出了如圖所示的兩分力F1和F2，圖中小正方形邊長表示1 N，則兩力的合力F_6_N.(2)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列措施正確的是_BD_.A兩條細(xì)繩的夾角必須很大B彈簧測力計(jì)、細(xì)繩、橡皮筋都應(yīng)與木板平面平行C拉橡皮筋的細(xì)繩要稍長一些，標(biāo)記同一條細(xì)繩的方向時(shí)兩標(biāo)記點(diǎn)要適當(dāng)近一些D應(yīng)盡量避免彈簧測力計(jì)與木板間的摩擦解析(1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作步驟：除記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和O點(diǎn)位置，還必須記錄兩根細(xì)繩的方向，作出平行四邊形，然后量取對角線的長度，即得F6 N.(2)實(shí)驗(yàn)中，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，兩條細(xì)繩的夾角稍大便于作平行四邊形，但不一定“必須很大”，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；彈簧測力計(jì)、細(xì)繩、橡皮筋都應(yīng)與木板平面平行，故選項(xiàng)B正確；拉橡皮筋的細(xì)繩要稍長一些，標(biāo)記同一條細(xì)繩的方向時(shí)兩標(biāo)記點(diǎn)要適當(dāng)遠(yuǎn)一些，這樣畫出的拉力方向較為準(zhǔn)確，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；應(yīng)盡量避免彈簧測力計(jì)與木板間的摩擦，這樣測出的拉力較準(zhǔn)確，故選項(xiàng)D正確3(2018吉林長春模擬)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”彈簧測力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置分別讀出彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_3.6_N.(2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是_D_.A應(yīng)測量重物M所受的重力B彈簧測力計(jì)應(yīng)在使用前校零C拉線方向應(yīng)與木板平面平行D改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置(3)某次實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個(gè)解決辦法：_改變彈簧測力計(jì)B拉力的大小或方向_；_減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計(jì))_.解析(1)彈簧測力計(jì)的最小刻度為0.2 N，所以A的讀數(shù)為3.6 N.(2)根據(jù)三力平衡的特點(diǎn)可知，彈簧測力計(jì)A、B的拉力的合力與重物M的重力等值反向，故A項(xiàng)是必要的；彈簧測力計(jì)的零點(diǎn)誤差影響各拉力的測量值，所以使用前需校零，B項(xiàng)是必要的；只有拉線方向與木板平面平行，才能保證所研究的各力在同一平面內(nèi)，C項(xiàng)也是必要的；實(shí)驗(yàn)中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗(yàn)證平行四邊形定則，而當(dāng)測力計(jì)A的拉力不同時(shí)，O點(diǎn)的位置就不同，故沒必要使O點(diǎn)靜止在同一位置，答案為選項(xiàng)D(3)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測力計(jì)A的力大了，可行的解決方法有：改變彈簧測力計(jì)B拉力的大小或方向；減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計(jì))4某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)步驟：將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向如圖甲所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時(shí)，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中F2.50N時(shí)橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O，橡皮筋的拉力記為FOO.在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖乙所示用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時(shí)拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn)，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB完成下列作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙中畫出Fl圖線，根據(jù)圖線求得l0_10.0(9.8、9.9、10.1均正確)_cm.(2)測得OA6.00