江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學(xué)案

江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學(xué)案江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學(xué)案PAGE24-江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗3驗證力的平行四邊形定則學(xué)案實驗三驗證力的平行四邊形定則1．實驗?zāi)康?1)驗證互成角度的兩個共點力合成的平行四邊形定則。(2)培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力。2．實驗原理互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力F′產(chǎn)生相同的效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同。3．實驗器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺。4．實驗步驟（1)釘白紙：用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。（2)定O點:用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O。如圖甲所示。甲乙（3)求合力：用鉛筆描下結(jié)點O的位置和兩個細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù),利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。(4）測合力:只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向,如圖乙所示。（5)重復(fù)：比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相同。5．注意事項(1）使用彈簧測力計前，要先觀察指針是否指在零刻度處,若指針不在零刻度處，要調(diào)整指針使其指在零刻度處。再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉,如果兩個示數(shù)相同方可使用.（2）實驗中的兩個細(xì)繩套不要太短。（3）在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要相同。（4)用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜。(5)在用力拉彈簧測力計時,拉力應(yīng)沿彈簧測力計的軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細(xì)繩套應(yīng)該位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。要防止彈簧測力計卡殼，防止彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦.（6）在同一實驗中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力的圖示稍大一些。實驗原理與操作實驗操作牢記“一注意”和“兩記錄":（1）注意兩次結(jié)點O的位置必須相同。（2)兩個彈簧測力計拉橡皮條時，記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩繩方向和結(jié)點O的位置。(3)一個彈簧測力計拉橡皮條時,記錄彈簧測力計示數(shù)和細(xì)繩方向。［題組訓(xùn)練]1．某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則"的實驗情況如圖甲所示，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,OB和OC為細(xì)繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。甲乙（1）如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。（2)本實驗采用的科學(xué)方法是________。A．理想實驗法B．等效替代法C．控制變量法D．建立物理模型法（3)實驗時，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，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．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O。記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力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標(biāo)號是________和________；②遺漏的內(nèi)容分別是____________________________________和________________________________________.［解析］（1）由一個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力一定沿AO方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，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）一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故本實驗采用等效替代法，B正確.（3)①根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的標(biāo)號是C、E。②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O。[答案］（1）F′(2)B（3)①CE②C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向"E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O"2．完成以下“驗證力的平行四邊形定則"實驗的幾個主要步驟:甲乙丙(1)如圖甲，用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長,記下結(jié)點O的位置、兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2以及兩細(xì)繩套的方向.(2)如圖乙，用一只彈簧測力計鉤住細(xì)繩套，把橡皮條的結(jié)點拉到________,記下細(xì)繩套的方向（如圖丙中的c)，讀得彈簧測力計的示數(shù)F＝________。(3）如圖丙,按選定的標(biāo)度作出了F1、F2的圖示,請在圖丙中：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證。［解析](2)如題圖乙，用一只彈簧測力計鉤住細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O,記下細(xì)繩套的方向,由圖示彈簧測力計可讀得彈簧測力計的示數(shù)F＝4。0N.(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在實驗誤差允許的范圍內(nèi)大小相等，方向相同，則平行四邊形定則得到驗證。[答案]（2）同一位置O4.0N(3)見解析(4)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)大小相等，方向相同數(shù)據(jù)處理與誤差分析1．?dāng)?shù)據(jù)處理——作圖法在“探究求合力的方法”實驗中，由作圖法得到的合力F與實際測量得到的合力F′不可能完全重合，只要在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為合力F與合力F′重合即可驗證平行四邊形定則，如圖所示。2．誤差分析(1）用兩個測力計拉橡皮條時，橡皮條、細(xì)繩和測力計不在同一個平面內(nèi),這樣得到的兩個測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力小。(2)結(jié)點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準(zhǔn)，造成作圖的誤差。（3)作圖比例不恰當(dāng)造成作圖誤差。［題組訓(xùn)練]1．（2021·江蘇南通·高三月考)小明同學(xué)做“探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系”的實驗.甲乙(1)實驗裝置如圖甲，下列操作規(guī)范的是________。A．實驗前，應(yīng)該先把彈簧水平放置測量其原長B．逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重C．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重D．實驗結(jié)束后，應(yīng)拆除實驗裝置，整理并復(fù)原實驗器材(2）小明同學(xué)在實驗后，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，描繪出彈簧的伸長量Δl與彈力F相關(guān)的點如圖乙所示，請你根據(jù)所學(xué)知識用一定的線來擬合這些點。(3）根據(jù)擬合的線,回答以下問題：①本實驗中彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m；②圖線中后半部分明顯偏離直線,你認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的主要原因是________。[解析]（1)為了消除彈簧自重的影響，實驗前，應(yīng)該先把彈簧豎直放置測量其原長，故A錯誤；為了更好的找出彈力與形變量之間的規(guī)律，應(yīng)逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重，故B正確，C錯誤；實驗結(jié)束后，應(yīng)拆除實驗裝置，整理并復(fù)原實驗器材，故D正確。（2)如圖所示(3）圖象直線部分的斜率的倒數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù),則k＝eq\f(4,4×10－2）N/m＝100N/m圖線中后半部分明顯偏離直線，即彈力與形變量不成正比，則造成這種現(xiàn)象的主要原因是超過彈簧的彈性限度。［答案］(1)BD（2）見解析(3）100超過彈簧的彈性限度2．(2018·天津高考）某研究小組做“驗證力的平行四邊形定則"實驗，所用器材有:方木板一塊、白紙、量程為5N的彈簧測力計兩個、橡皮條(帶兩個較長的細(xì)繩套）、刻度尺、圖釘（若干個）。（1)具體操作前，同學(xué)們提出了如下關(guān)于實驗操作的建議，其中正確的有________。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)實驗再次進(jìn)行驗證時,結(jié)點O的位置可以與前一次不同C．使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線,讀數(shù)時視線應(yīng)正對測力計刻度D．用兩個測力計互成角度拉橡皮條時的拉力必須都小于只用一個測力計時的拉力(2）該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實驗，白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點位置O、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點，如圖所示.其中對于提高實驗精度最有利的是________。［解析］(1)為了使實驗結(jié)果更具有普遍性，在實驗過程中不應(yīng)讓橡皮條的拉力方向具有特殊的角度或位置，A錯誤;只要同一次實驗時用一個力和用兩個力拉的效果相同，即O點位置相同即可,重復(fù)實驗時的O點位置不需要與前一次實驗相同,B正確；使用測力計時，施力方向應(yīng)沿測力計軸線,讀數(shù)時，視線應(yīng)正對彈簧測力計的刻度，C正確；合力可以大于任一個分力，也可以等于分力,還可以小于任一分力，D錯誤.（2）A、D實驗中選取的力的標(biāo)度過大,導(dǎo)致畫力時，線段太短，不利于實驗精確度；B圖和C圖選用的標(biāo)度相同，但C中力太小，不利于作平行四邊形,故B符合題意。[答案](1）BC(2）B實驗拓展與創(chuàng)新在驗證力的平行四邊形定則的實驗中,試題往往避開課本中固定的實驗?zāi)Ｊ?另辟蹊徑，通過變換實驗裝置，變換操作方法，達(dá)到驗證實驗的目的，常見以下創(chuàng)新點。實驗原理的創(chuàng)新1．通過應(yīng)用定滑輪，改變拉力的方向.2．鉤碼的總重力等于對應(yīng)細(xì)繩拉力大小.1．將橡皮筋和彈簧秤的實驗角色互換。2．秤鉤上涂抹少許潤滑油,保證了橡皮筋兩側(cè)彈力大小相同,與兩側(cè)橡皮筋長度大小無關(guān).實驗器材的創(chuàng)新圖(a）圖(b)圖(c）1．電子秤代替彈簧秤,可以直接讀出力的大小。2．同一電子秤應(yīng)用于圖(a）、（b)、（c）三幅圖中，可得出三根細(xì)線中拉力的大小。實驗過程的創(chuàng)新1．探究拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。2．橡皮筋上端固定，下端掛一重物，用水平力兩次拉動重物，對應(yīng)不同的軌跡。[題組訓(xùn)練］1．有同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結(jié)點O,每個鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題:（1)改變鉤碼個數(shù)，實驗不能完成的是________.A．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4B．鉤碼的個數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4C．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝N3＝4D．鉤碼的個數(shù)N1＝3，N2＝4,N3＝5(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是________。A．標(biāo)記結(jié)點O的位置,并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測出鉤碼的質(zhì)量(3）在作圖時，你認(rèn)為圖中________是正確的.（選填“甲”或“乙”)甲乙[解析］(1）此實驗中的分力與合力的大小關(guān)系必須滿足：|F1－F2｜＜F3＜F1＋F2，因此B、C、D選項是可以的。(2)A(3)實驗中F3是豎直向下的，所以甲是正確的。［答案]（1）A（2)A(3）甲2．（2020·廣州模擬)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,在家中驗證力的平行四邊形定則。甲乙丙(1)如圖甲，在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺，記下水壺________時電子秤的示數(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和水壺帶上。水平拉開細(xì)線L1，在白紙上記下結(jié)點O的位置、____________和電子秤的示數(shù)F1。（3）如圖丙，將另一顆墻釘B釘在與O同一水平線上，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________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________________,則平行四邊形定則得到驗證.[解析]（1)要測量裝滿水的水壺的重力，需記下水壺靜止時電子秤的示數(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O的位置的同時,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)記錄了一個分力的大小,還要記錄另一個分力的大小，則結(jié)點O位置不能變化，力的方向也不能變化，所以應(yīng)使結(jié)點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證。[答案]（1）靜止(2）三細(xì)線的方向（3）結(jié)點O的位置(4）F和F′在誤差允許的范圍內(nèi)重合3．（2020·陜西西安中學(xué)高三月考）某物理實驗小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗.圖1圖2(1）圖1是實驗裝置，將橡皮條一端固定在長木板上，另一端與兩根細(xì)繩相連，兩細(xì)繩的另一端分別有一個繩套。實驗時，先用兩個彈簧測力計平行于木板拉繩套,將橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點拉到O點，其中拉OC細(xì)繩的彈簧測力計指針位置如圖1所示，其讀數(shù)為________N；根據(jù)記錄的兩個彈簧測力計的示數(shù)F1、F2和各自的方向，作出這兩個力的圖示，并用作圖法作出兩個力的合力F；再用一個彈簧測力計拉橡皮條，也使結(jié)點到O點，記錄這時彈簧測力計的示數(shù)和方向,并作出這個力的圖示F′，圖2中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)關(guān)于實驗中的一些要點,下列說法正確的是______________。A．分力和合力的大小都不能超過彈簧測力計的量程B．在測量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和F′的過程中,橡皮條與細(xì)繩結(jié)點的位置不能變化C．橡皮條彈性要好,拉結(jié)點到達(dá)某一位置O時，拉力要適當(dāng)大些D．拉橡皮條的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要近些（3）仔細(xì)分析實驗后，該小組懷疑實驗中的橡皮條被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，從而影響實驗結(jié)果。他們用彈簧測力計先后兩次將橡皮條拉伸到相同長度,發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同,于是他們進(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮條彈性的影響。實驗裝置如圖3所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上,把橡皮條的一端固定于O點，另一端N掛一重物.用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,在白紙上記錄下N的軌跡。重復(fù)上述過程,再次記錄下N的軌跡。圖3圖4兩次實驗記錄的軌跡如圖4所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點,則實驗中橡皮條分別被拉伸到a點和b點時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為Fa________Fb(填“大于"“小于”或“等于”）。(4)根據(jù)上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出一點注意事項：________.[解析](1）由圖1所示彈簧測力計可知，其分度值為0.1N,示數(shù)為2.60N；用一個彈簧測力計拉橡皮條時，拉力的方向與橡皮條伸長的方向在同一直線上，用一個彈簧測力計拉橡皮條時拉力的圖示為力的圖示F′,則F′的方向一定沿橡皮條AO的方向。（2）為保持彈簧測力計，分力和合力的大小都不能超過彈簧測力計的量程,故A正確;為保證力的作用效果相同，在測量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和F′的過程中,橡皮條與細(xì)繩結(jié)點的位置不能變化，故B正確；為減小實驗誤差方便實驗操作，橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達(dá)某一位置O時，拉力要適當(dāng)大些，故C正確；為準(zhǔn)確標(biāo)記拉力的方向,拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些，故D錯誤。（3)N點受力如圖所示，由于a、b在同一直線上,橡皮條與豎直方向的夾角相同，設(shè)為θ，緩慢地移動N，N處于動態(tài)平衡狀態(tài)，則Fa＝eq\f（mg,cosθ）,Fb＝eq\f(mg,cosθ)則Fa＝Fb。（4)橡皮條使用時間長了彈性可能會發(fā)生變化,為方便實驗操作減小實驗誤差，應(yīng)選擇彈性好的新橡皮條進(jìn)行實驗。［答案](1）2。60F′（2)ABC(3)等于（4)選擇彈性好的新橡皮條實驗4．(2019·江蘇七市三模）驗證“力的平行四邊形定則"，如圖所示，實驗步驟如下:①用兩個相同的彈簧測力計互成角度拉細(xì)繩套,使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)紙面上某一位置，記為O1;②記錄兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的大小和方向；③只用一個彈簧測力計，將結(jié)點仍拉到位置O1,記錄彈簧測力計的拉力F3的大小和方向；④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3；⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F；⑥比較F3和F的一致程度。（1)下列說法中正確的是________。A．應(yīng)使橡皮條與兩繩夾角的平分線在同一直線上B．為了便于計算合