2020-2021年高考物理實(shí)驗(yàn)方法：等效法

1、2020-2021年高考物理實(shí)驗(yàn)方法：等效法本實(shí)驗(yàn)用簡單的方法驗(yàn)證了力的平行四邊形定則，這一思想方法比較典型重要即等效法：實(shí)驗(yàn)中用兩個(gè)彈簧秤拉橡皮條與一個(gè)彈簧秤拉橡皮條的效果相同：拉到同一位置O（見圖1）在實(shí)驗(yàn)中特別要注意區(qū)別實(shí)驗(yàn)得到的合力與理論得到的合力，分析兩者不完全重合的原因知識(shí)梳理一、實(shí)驗(yàn)原理此實(shí)驗(yàn)先是用互成角度的兩個(gè)力與一個(gè)力產(chǎn)生相同的效果(即使橡皮條在某一方向伸長一定的長度)，再看用平行四邊形定則求出的兩個(gè)力的合力與這一個(gè)力是否在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等如果在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等，就驗(yàn)證了力的平行四邊形定則二、實(shí)驗(yàn)器材木板一塊、白紙一張、圖釘若干、橡皮條一段、鉛筆一支、細(xì)繩套兩

2、個(gè)、彈簧測力計(jì)兩個(gè)、三角板、刻度尺、量角器等 三、實(shí)驗(yàn)步驟 1用圖釘把一張白紙釘在放于水平桌面上的方木板上2用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，將兩個(gè)細(xì)繩套結(jié)在橡皮條的另一端圖13用兩個(gè)彈簧秤分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套，在平板平面內(nèi)互成一定角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O，如圖1所示4用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧秤的示數(shù)在白紙上按確定的標(biāo)度作出兩個(gè)彈簧秤的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板，根據(jù)平行四邊形定則，用作圖法求出合力F5只用一個(gè)彈簧秤，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到位置O，記下彈簧秤的示數(shù)和細(xì)繩的方向按同樣的標(biāo)度用刻度尺從O點(diǎn)起作出這個(gè)彈簧秤的拉力F的圖示6

3、比較F與用平行四邊形定則求得的合力F，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等7改變兩個(gè)分力F1和F2的大小和夾角再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，比較每次的F與F是否在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等四、數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)次數(shù)F1F2FFFFF相對誤差123圖2根據(jù)上表中F1和F2的大小和方向，用平行四邊形定則按力的圖示作出合力F，同時(shí)作出一個(gè)彈簧秤的拉力F的圖示，如圖2所示，比較F與F的大小和方向五、注意事項(xiàng)1用彈簧秤測拉力時(shí)，應(yīng)使拉力沿彈簧秤的軸線方向，橡皮條、彈簧秤和細(xì)繩套應(yīng)位于與紙面平行的同一平面內(nèi)測力計(jì)的掛鉤應(yīng)避免與紙面摩擦2同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條拉長后的結(jié)點(diǎn)位置O必須保持不變3由經(jīng)驗(yàn)得知：兩個(gè)分力F1、F2間的夾角

4、越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差也越大所以實(shí)驗(yàn)中不要把角取成120左右4拉橡皮條的細(xì)線要長些，標(biāo)記每條細(xì)線方向的方法是：使視線通過細(xì)線垂直于紙面，在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個(gè)定點(diǎn)的位置，并使這兩個(gè)點(diǎn)的距離盡量遠(yuǎn)些六、實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源1用兩個(gè)測力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和測力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi)，這一因素使得兩個(gè)測力計(jì)的水平分力的實(shí)際合力比由作圖法得到的合力小2結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)測力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)，造成作圖的誤差3標(biāo)度選取不恰當(dāng)造成作圖誤差例1將橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)，另一端拴上兩根細(xì)繩，每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧秤沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧秤當(dāng)橡皮

5、筋的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩根細(xì)繩相互垂直，如圖63甲所示這時(shí)彈簧秤的示數(shù)可從圖中讀出 圖3(1)由圖3甲中可讀得兩個(gè)相互垂直的拉力大小分別為F1_N和F2_N(只要讀到0.1 N)(2)在63乙圖的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個(gè)力及它們的合力圖3丙【解析】從圖3甲中可知，彈簧秤的最小分度為0.1 N，因此，豎直向下的彈簧秤示數(shù)為2.5 N，水平向右的彈簧秤示數(shù)為4.0 N因?yàn)樽x數(shù)2.5 N、4.0 N均是0.5 N的整數(shù)倍，因此，選方格紙中一個(gè)小方格的邊長表示0.5 N，應(yīng)用平行四邊形定則即可畫出兩個(gè)力以及它們的合力，如圖63丙所示【答案】2.54.0如圖63丙所示【點(diǎn)評】讀數(shù)時(shí)要注意到彈簧秤

6、“0”刻度線所在位置，否則就容易將豎直彈簧秤示數(shù)，讀成3.5 N在實(shí)驗(yàn)中作圖時(shí)，要根據(jù)坐標(biāo)紙的大小和彈簧秤上的讀數(shù)選取適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，使得“平行四邊形”在坐標(biāo)紙中所占的大小適當(dāng)例2圖4所示為兩位同學(xué)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若F的作用效果與F1、F2共同作用的效果相同，則一定與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不相符的結(jié)果是()圖4【解析】在實(shí)驗(yàn)中，由于各種偶然誤差的影響，實(shí)驗(yàn)得到的合力矢量可能會(huì)與“平行四邊形”得到的矢量不完全重合，但是實(shí)驗(yàn)得到的合力矢量一定要沿橡皮筋方向故B、D肯定與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符【答案】BD平行四邊形法則新題速遞2018年天津9.（2）題9.（2）某研究小組做“驗(yàn)證力的平行

7、四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，所有器材有：方木板一塊，白紙，量程為5 N的彈簧測力計(jì)兩個(gè)，橡皮條（帶兩個(gè)較長的細(xì)繩套），刻度尺，圖釘（若干個(gè)）。具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作的建議，其中正確的是_。A橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上B重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，結(jié)點(diǎn)O的位置可以與前一次不同C使用測力計(jì)時(shí)，施力方向應(yīng)沿測力計(jì)軸線；讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對測力計(jì)刻度D用兩個(gè)測力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測力計(jì)時(shí)的拉力該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn)，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置O，力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn)，如下圖所示。其中對于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是_。【

8、解析】因?yàn)锳D三個(gè)點(diǎn)離得太近，畫力的方向誤差大?！敬鸢浮?.（2）BCB2017年全國3卷22題（6分）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）的紙貼在桌面上，如圖（a）所示。將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點(diǎn)（位于圖示部分除外），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的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖（b）所示，F(xiàn)的大小為 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（a）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F1=4.2 N和F2=5.6 N。（i）用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn)，在圖（a）中畫出力F1、F2的圖示，然后按平形四邊