物理大一輪復習試題：第二章實驗3驗證力的平行4邊形定則

實驗三驗證力的平行四邊形定則一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領(lǐng)互成角度的兩個力與一個力產(chǎn)生相同的效果等效：同一次實驗中兩次把橡皮條拉長后的結(jié)點O位置必須保持不變拉力：沿彈簧測力計軸線方向拉(與板面平行)，橡皮條、彈簧測力計和細繩套與紙面平行；兩分力F1、F2的夾角不要太大或太小記錄：記下每次各力的大小和方向，標記方向的兩點盡量遠些作圖：選定比例要相同，嚴格按力的圖示要求作平行四邊形求合力二、數(shù)據(jù)處理與分析1.畫出F1、F2的圖示，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。2.畫出拉力F′的圖示。3.比較F與F′是否完全重合(或幾乎完全重合)，從而驗證平行四邊形定則。三、注意事項1.用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩細繩方向和結(jié)點O的位置)。2.用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數(shù)和細繩方向)。3.“一注意”(同一次實驗中結(jié)點O的位置必須在同一位置)。4.繩夾角、拉力適中，細繩適當長些，標記方向的兩點盡量遠些，力的圖示稍大一些。四、誤差來源1.彈簧測力計本身的誤差。2.讀數(shù)誤差、作圖誤差等。類型一教材原型實驗【例1】某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗如圖1甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。圖1(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繩，細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.按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E.只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力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序號是________和________；②遺漏的內(nèi)容分別是________________________________________________和_________________________________________________________________。答案(1)F′(2)B(3)①CE②C中應加上“記下兩條細繩的方向”E中應說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”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；而用兩個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力，根據(jù)平行四邊形定則作出兩彈簧測力計拉力的合力，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，故選項B正確。(3)①根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E。②在C中未記下兩條細繩的方向，E中未說明把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O?！纠?】在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮筋的一端固定點在水平木板上，另一端系上兩根細繩，細繩的另一端都有繩套。實驗中需用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮筋。用兩個彈簧測力計把橡皮筋的另一端拉到某一確定的O點。(1)小明在實驗過程中認為必須注意以下幾項，其中正確的是________。A.同一次實驗過程中，O點位置允許變動B.實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度C.實驗中，先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O點D.實驗中，橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上(2)如圖2所示為某同學完成驗證平行四邊形定則實驗后留下的白紙，根據(jù)圖中數(shù)據(jù)，F(xiàn)′的大小是________N。圖2(3)觀察圖象發(fā)現(xiàn)，理論的合力F′與一個彈簧測力計拉動時的拉力F差異較大，經(jīng)驗證F測量無誤，則造成這一現(xiàn)象可能的原因是________。A.用手壓住結(jié)點后拉彈簧測力計并讀數(shù)B.用兩個彈簧測力計拉動時兩彈簧測力計不成90°C.兩個彈簧測力計首次拉動時結(jié)點位置的記錄有較大偏差D.拉動過程中繩套從彈簧測力計上脫落，裝上后繼續(xù)實驗答案(1)B(2)1.8(3)AC解析(1)同一次實驗過程中，O點位置不能動，A錯誤；實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度，B正確；實驗中，先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程，然后調(diào)節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向，把橡皮筋另一端拉到O點，這樣做彈簧測力計很容易超過量程，C錯誤；實驗中，橡皮筋應與兩繩夾角的平分線在同一直線上，這樣做出的結(jié)果不具有一般性，D錯誤。(2)根據(jù)圖中標尺可知F′的大小是1.8N。(3)觀察圖象發(fā)現(xiàn)，理論的合力F′與一個彈簧測力計拉動時的拉力F差異較大，經(jīng)驗證F測量無誤，則造成這一現(xiàn)象可能的原因是：用手壓住結(jié)點后拉彈簧測力計并讀數(shù)，兩個彈簧測力計首次拉動時結(jié)點位置的記錄有較大偏差，A、C正確；兩彈簧測力計不成90°不會對實驗結(jié)果造成影響；拉動過程中繩套從彈簧測力計上脫落，裝上后繼續(xù)實驗，不影響實驗，B、D錯誤。類型二實驗拓展創(chuàng)新【例3】(2021·八省聯(lián)考河北卷)為驗證力的平行四邊形定則，某同學準備了以下器材：支架，彈簧，直尺，量角器，坐標紙，細線，定滑輪(位置可調(diào))兩個，鉤碼若干。支架帶有游標尺和主尺，游標尺(帶可滑動的指針)固定在底座上，主尺可升降，如圖3所示。實驗步驟如下：(1)儀器調(diào)零。如圖3，將已測量好的勁度系數(shù)k為5.00N/m的彈簧懸掛在支架上，在彈簧掛鉤上用細線懸掛小鉤碼作為鉛垂線，調(diào)節(jié)支架豎直。調(diào)整主尺高度，使主尺與游標尺的零刻度對齊?；瑒又羔?，對齊掛鉤上的O點，固定指針。(2)搭建的實驗裝置示意圖如圖4。鉤碼組mA＝40g，鉤碼組mB＝30g，調(diào)整定滑輪位置和支架的主尺高度，使彈簧豎直且讓掛鉤上O點重新對準指針。實驗中保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面。此時測得α＝36.9°，β＝53.1°，由圖5可讀出游標卡尺示數(shù)為________cm，由此計算出彈簧拉力的增加量F＝________N。當?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2。(3)請將第(2)步中的實驗數(shù)據(jù)用力的圖示的方法在圖6中作出，用平行四邊形定則作出合力F′。圖6(4)依次改變兩鉤碼質(zhì)量，重復以上步驟，比較F′和F的大小和方向，得出結(jié)論。實驗中鉛垂線上小鉤碼的重力對實驗結(jié)果________(填寫“有”或“無”)影響。答案(2)9.780.489(3)見解析圖(4)無解析(2)游標卡尺精確度為eq\f(1mm),\s\do5(10))＝0.1mm，讀數(shù)為97mm＋8×0.1mm＝97.8mm＝9.78cm則彈簧拉力的增加量為ΔF＝kΔx＝5.00×9.78×10－2N＝0.489N。(3)根據(jù)題意可知OA繩產(chǎn)生的拉力為FOA＝mAg＝40×10－3×9.8N＝0.392N，OB繩產(chǎn)生的拉力為FOB＝mBg＝30×10－3×9.8N＝0.294N，合力F′如圖所示。(4)在求解合力的過程中，求解的是彈簧彈力的變化量，所以小鉤碼的重力對實驗結(jié)果無影響。?實驗器材的創(chuàng)新：用彈簧代替橡皮條；用游標卡尺代替刻度尺測量彈簧的伸長量；用鉤碼代替彈簧測力計得兩分力大小。?實驗原理的創(chuàng)新：實驗中不是直接測量彈簧所受的拉力而是計算出彈簧彈力的變化量，應用ΔF＝kΔx進行分析。1.(2021·遼寧撫順模擬)如圖7所示，某實驗小組的同學利用DIS實驗裝置研究支架上力的分解。A、B為兩個相同的雙向力傳感器，該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正，受到壓力時讀數(shù)為負。A連接質(zhì)量不計的細繩，可沿固定的豎直平板做圓弧形移動。B固定不動，通過光滑鉸鏈連接長0.3m的桿。將細繩連接在桿右端O點構(gòu)成支架。保持桿在水平方向，按如下步驟操作：圖7①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB＝θ②對兩個傳感器進行調(diào)零③用另一根繩在O點懸掛一個鉤碼，記錄兩傳感器的讀數(shù)④取下鉤碼，移動傳感器A改變θ角重復上述實驗步驟，得到下列表格。F1/N1.0010.580…1.002…F2/N－0.868－0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，A傳感器對應的是力________(選填“F1”或“F2”)，鉤碼質(zhì)量為________kg(保留1位有效數(shù)字)。(2)本實驗中多次對傳感器進行調(diào)零，對此操作說明正確的是________。A.因為事先忘記調(diào)零B.何時調(diào)零對實驗結(jié)果沒有影響C.為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響D.可以完全消除實驗的誤差答案(1)F10.05(2)C解析(1)A傳感器中的力均為正值，故A傳感器對應的是表中力F1，平衡時，mg＝F1sinθ，當θ＝30°時，F(xiàn)1＝1.001N，可求得m≈0.05kg。(2)在掛鉤碼之前，對傳感器進行調(diào)零，目的是消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響，故C正確。2.某同學通過下述實驗探究兩個互成角度力的合成規(guī)律。實驗步驟：①將彈簧測力計固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。②如圖8甲所示，將環(huán)形橡皮條一端掛在彈簧測力計的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧測力計示數(shù)為某一設定值時，將橡皮條兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧測力計的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮條的長度l)。每次將彈簧測力計示數(shù)改變0.50N，測出所對應的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N時橡皮條兩端的位置，重新標記為O、O′，橡皮條的拉力記為FOO′。④在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮條搭在秤鉤上，如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮條的兩端，使秤鉤的下端達到O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮條OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。圖8完成下列作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙中畫出F－l圖線，根據(jù)圖線求得l0＝________cm。(2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，則FOA的大小為________N。(3)根據(jù)給出的標度，在圖丁中作出FOA和FOB的合力F′的圖示。(4)通過比較F′與________的大小和方向，即可得出實驗結(jié)論。答案(1)如圖甲所示10.00(9.90～10.10均可)(2)1.80(1.70～1.90均可)(3)如圖乙所示(4)FOO′解析(1)在坐標系中描點，用平滑的曲線(直線)將各點連接起來，不在直線上的點均勻