高考物理總復(fù)習(xí)主題二相互作用與運(yùn)動(dòng)定律實(shí)驗(yàn)：探究求合力的方法市賽課公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省名師獲獎(jiǎng)

試驗(yàn)：探究求協(xié)力方法1/46一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1.驗(yàn)證互成角度兩個(gè)共點(diǎn)力合成平行四邊形定則。2.深入練習(xí)用作圖法求兩個(gè)共點(diǎn)力協(xié)力。二、試驗(yàn)儀器方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆。2/46三、試驗(yàn)原理1.協(xié)力F′確實(shí)定：一個(gè)力F′作用效果與兩個(gè)共點(diǎn)力F1與F2共同作用效果都是把橡皮條拉伸到某點(diǎn)，則F′為F1和F2協(xié)力。2.協(xié)力理論值F確實(shí)定：依據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2協(xié)力F圖示。3.平行四邊形定則驗(yàn)證：在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，比較F′和F是否大小相等、方向相同。3/46四、試驗(yàn)步驟1.儀器安裝(1)釘白紙：用圖釘把一張白紙釘在方木板上，將方木板放在水平桌面上。(2)拴繩套：用圖釘把橡皮條一端固定在木板上A點(diǎn)，在橡皮條另一端拴上兩條細(xì)繩套。4/462.操作與統(tǒng)計(jì)(1)兩力拉：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)抵達(dá)某一位置O(如圖1所表示)。用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O位置和兩條細(xì)繩套方向，并統(tǒng)計(jì)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)。(2)一力拉：只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，經(jīng)過(guò)細(xì)繩套把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)和細(xì)繩套方向。圖15/463.作圖對(duì)比(1)理論值：在白紙上按百分比從O點(diǎn)開(kāi)始作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí)拉力F1和F2圖示，利用刻度尺和三角板依據(jù)平行四邊形定則求出協(xié)力F(如圖2所表示)。(2)測(cè)量值：按一樣百分比用刻度尺從O點(diǎn)起作出一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)拉力F′圖示。(3)相比較：比較F′與用平行四邊形定則求得協(xié)力F在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否重合。圖26/464.重復(fù)改變兩個(gè)分力F1和F2大小和夾角，再重復(fù)試驗(yàn)兩次，比較每次F與F′在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相等。五、注意事項(xiàng)1.結(jié)點(diǎn)(1)定位O點(diǎn)時(shí)要力爭(zhēng)準(zhǔn)確；(2)同一次試驗(yàn)中橡皮條拉長(zhǎng)后O點(diǎn)必須保持位置不變。7/462.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)使橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行同一平面內(nèi)；(3)兩個(gè)分力F1、F2間夾角θ不要太大或太小。3.作圖(1)在同一次試驗(yàn)中，選定百分比要相同；(2)嚴(yán)格按力圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出協(xié)力。8/46六、誤差分析1.彈簧測(cè)力計(jì)使用前沒(méi)調(diào)零會(huì)造成誤差。2.使用中，彈簧測(cè)力計(jì)彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測(cè)力計(jì)外殼和紙面之間有摩擦力存在會(huì)造成誤差。3.兩次測(cè)量拉力時(shí)，橡皮條結(jié)點(diǎn)沒(méi)有拉到同一點(diǎn)會(huì)造成偶然誤差。4.兩個(gè)分力夾角太小或太大，F(xiàn)1、F2數(shù)值太小，應(yīng)用平行四邊形定則作圖時(shí)，會(huì)造成偶然誤差。9/46七、注意事項(xiàng)1.正確使用彈簧測(cè)力計(jì)(1)測(cè)量前應(yīng)首先檢驗(yàn)彈簧測(cè)力計(jì)零點(diǎn)是否準(zhǔn)確，

注意使用中不要超出其彈性程度。(2)試驗(yàn)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)必須保持與木板平行，且拉力應(yīng)沿軸線方向。彈簧測(cè)力計(jì)指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端限位孔發(fā)生摩擦。(3)讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度，估讀到最小刻度下一位。10/462.規(guī)范試驗(yàn)操作(1)位置不變：在同一次試驗(yàn)中，將橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)位置一定要相同。(2)角度適當(dāng)：兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)所拉細(xì)繩套夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°為宜。(3)在不超出彈簧測(cè)力計(jì)量程及在橡皮條彈性程度內(nèi)前提下，測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)盡可能大一些。(4)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力方向。不要直接沿細(xì)繩套方向畫(huà)直線，應(yīng)在細(xì)繩套兩端畫(huà)個(gè)投影點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，連直線確定力方向。3.規(guī)范合理作圖：在同一次試驗(yàn)中，畫(huà)力圖示選定標(biāo)度要相同，而且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力圖示稍大一些。11/46關(guān)鍵點(diǎn)一試驗(yàn)原理及試驗(yàn)操作[例1]

在“驗(yàn)證力平行四邊形定則”試驗(yàn)中，需要將橡皮條一端固定在水平木板上A點(diǎn)，另一端系上兩根細(xì)繩，細(xì)繩另一端都有繩套。試驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條至某一確定O點(diǎn)，如圖3所表示。圖312/46(1)某同學(xué)認(rèn)為在此過(guò)程中必須注意以下幾點(diǎn)：A.兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力必須等大B.同一次試驗(yàn)過(guò)程中，O點(diǎn)位置不允許變動(dòng)C.為了減小誤差，兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)必須靠近量程其中正確是________。(填選項(xiàng)前字母)(2)上述試驗(yàn)中所說(shuō)協(xié)力與兩個(gè)分力含有相同效果，是指以下說(shuō)法中________。A.彈簧測(cè)力計(jì)彈簧被拉長(zhǎng)B.固定橡皮條圖釘受拉力產(chǎn)生形變C.繩套受拉力產(chǎn)生形變D.使橡皮條在同一方向上伸長(zhǎng)同一長(zhǎng)度13/46解析(1)兩彈簧測(cè)力計(jì)彈力大小要適中，但不一定大小相同，也不一定必須靠近彈簧測(cè)力計(jì)量程，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；只有將繩套與橡皮條結(jié)點(diǎn)每次都拉至O點(diǎn)，橡皮條才沿同一方向產(chǎn)生相同形變，彈簧測(cè)力計(jì)拉力才產(chǎn)生相同效果，選項(xiàng)B正確。(2)該試驗(yàn)中所說(shuō)協(xié)力與兩個(gè)分力含有相同效果，是指協(xié)力與兩個(gè)分力分別拉橡皮條時(shí)，使橡皮條在同一方向上伸長(zhǎng)同一長(zhǎng)度，選項(xiàng)D正確。答案(1)B

(2)D14/46關(guān)鍵點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理[例2]

將橡皮條一端固定在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5N、最小刻度為0.1N彈簧測(cè)力計(jì)。沿著兩個(gè)不一樣方向拉彈簧測(cè)力計(jì)，當(dāng)橡皮條活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩根細(xì)繩相互垂直，如圖4所表示。這時(shí)測(cè)力計(jì)讀數(shù)可從圖中讀出。圖415/46(1)由圖可讀得兩個(gè)相互垂直拉力大小分別為_(kāi)_______N和________N。(2)在虛線方格紙上按作圖法要求畫(huà)出這兩個(gè)力及它們協(xié)力。思緒點(diǎn)撥作力圖示時(shí)，要選好標(biāo)度，注意平行四邊形中實(shí)線、虛線區(qū)分和箭頭、標(biāo)度、單位。16/46解析(1)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)分別是4.00N，2.50N。(2)依據(jù)測(cè)量結(jié)果，每小格代表0.5N，將確保力圖示較準(zhǔn)確，若每小格代表1N，則2.50N力表示輕易造成誤差，在確定協(xié)力大小時(shí)，輕易造成較大誤差。力圖示應(yīng)有標(biāo)度，有箭頭。如圖所表示。答案(1)4.00

2.50

(2)看法析圖

17/46關(guān)鍵點(diǎn)三創(chuàng)新試驗(yàn)[例3]

某同學(xué)利用如圖5所表示裝置來(lái)驗(yàn)證力平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑滑輪A和B，將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，每個(gè)鉤碼重量相等，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)平衡時(shí)，依據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子拉力FOA、FOB和FOC，回答以下問(wèn)題：圖518/46(1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，能完成試驗(yàn)是(

)A.鉤碼個(gè)數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4B.鉤碼個(gè)數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4C.鉤碼個(gè)數(shù)N1＝N2＝N3＝4D.鉤碼個(gè)數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在拆下鉤碼和繩子前，最主要一個(gè)步驟是(

)A.標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)O位置，并統(tǒng)計(jì)OA、OB、OC三段繩子方向B.量出OA、OB、OC三段繩子長(zhǎng)度C.用量角器量出三段繩子之間夾角D.用天平測(cè)出鉤碼質(zhì)量19/46(3)在作圖時(shí)，你認(rèn)為下列圖中正確是________(選填“甲”或“乙”)。20/46解析(1)OA、OB、OC分別表示三個(gè)力大小，因?yàn)槿颤c(diǎn)力平衡，所以三個(gè)力大小組成一個(gè)三角形。2、2、4不能夠組成三角形，故A錯(cuò)誤，B、C、D都正確。(2)為驗(yàn)證平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點(diǎn)，即標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)O位置，其次要作出力方向并讀出力大小，最終作出力圖示，所以要做好統(tǒng)計(jì)，從力三要素角度出發(fā)，要統(tǒng)計(jì)鉤碼個(gè)數(shù)和統(tǒng)計(jì)OA、OB、OC三段繩子方向，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。(3)以O(shè)點(diǎn)為研究對(duì)象，F(xiàn)3為實(shí)際作用效果，在OC這條線上，因?yàn)檎`差存在，F(xiàn)1、F2理論協(xié)力值要與實(shí)際值有一定偏差，故甲圖符合實(shí)際。答案(1)BCD

(2)A

(3)甲21/46題后點(diǎn)評(píng)(1)源于教材——本例試驗(yàn)原理與教材試驗(yàn)原理相同。(2)高于教材——本試驗(yàn)沒(méi)有使用彈簧秤測(cè)力大小，而是用鉤碼重力作為繩拉力，同時(shí)用兩個(gè)光滑滑輪調(diào)整兩繩拉力方向。22/461.在做“探究求協(xié)力方法”試驗(yàn)時(shí)，要使每次協(xié)力與分力產(chǎn)生相同效果，必須(

)A.每次將橡皮條拉到一樣位置B.每次把橡皮條拉直C.每次準(zhǔn)確讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)D.每次記準(zhǔn)細(xì)繩方向答案A23/462.(多項(xiàng)選擇)在“探究求協(xié)力方法”試驗(yàn)中，先將橡皮條一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套兩根細(xì)繩。試驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，一次是經(jīng)過(guò)兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)經(jīng)過(guò)細(xì)繩拉橡皮條。試驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條要求中，以下說(shuō)法正確是________(填字母代號(hào))。A.將橡皮條拉伸相同長(zhǎng)度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長(zhǎng)度C.將彈簧測(cè)力計(jì)都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩結(jié)點(diǎn)拉到相同位置24/46解析試驗(yàn)中兩次拉伸橡皮條時(shí)，應(yīng)要求兩次作用效果必須完全相同，即橡皮條被拉伸方向、長(zhǎng)度完全相同，所以選項(xiàng)B、D正確。答案BD25/463.做“探究求協(xié)力方法”試驗(yàn)時(shí)，步驟以下：(1)在水平放置木板上固定一張白紙。(2)把橡皮條一端固定在木板A點(diǎn)，另一端連接兩根繩套。(3)經(jīng)過(guò)繩套用兩個(gè)互成角度彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)拉橡皮條使橡皮條伸長(zhǎng)到某一點(diǎn)O，并統(tǒng)計(jì)O點(diǎn)位置。(4)此時(shí)需統(tǒng)計(jì)下________、________和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F1、F2。26/46(5)改用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條拉長(zhǎng)到________后，再統(tǒng)計(jì)下________和彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F′。(6)用鉛筆和刻度尺從力作用點(diǎn)O沿兩繩套方向畫(huà)直線。選好標(biāo)度，按F1、F2大小作兩個(gè)力圖示。用三角板作平行四邊形，求得協(xié)力F。(7)比較一下，力F′與用平行四邊形定則求得協(xié)力F大小和方向是否相同。請(qǐng)完善上述步驟。27/46解析本試驗(yàn)要統(tǒng)計(jì)力大小和方向，大小是經(jīng)過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)讀出，方向是經(jīng)過(guò)細(xì)繩套來(lái)確定；為確保分力作用效果和協(xié)力作用效果相同，本試驗(yàn)要求每次都把橡皮條拉到同一點(diǎn)O。答案(4)F1方向

F2方向(5)O點(diǎn)位置F′方向28/464.在“探究求協(xié)力方法”試驗(yàn)中。(1)需要將橡皮筋一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，試驗(yàn)中需要兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩，并互成角度地拉橡皮筋。某同學(xué)認(rèn)為此過(guò)程中必須注意以下幾項(xiàng)：A.兩細(xì)繩必須等長(zhǎng)B.橡皮筋一定要與兩繩夾角角平分線在同一直線上C.在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行其中正確是________。(填對(duì)應(yīng)字母代號(hào))29/46(2)用M、N兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)經(jīng)過(guò)細(xì)繩拉橡皮筋結(jié)點(diǎn)，使其抵達(dá)O點(diǎn)，此時(shí)α＋β＝90°，然后保持M示數(shù)不變，而使α角減小，為保持結(jié)點(diǎn)位置不變，以下方法可行是________。(填對(duì)應(yīng)字母代號(hào))A.減小N示數(shù)同時(shí)減小β角B.減小N示數(shù)同時(shí)增大β角C.增大N示數(shù)同時(shí)增大β角D.增大N示數(shù)同時(shí)減小β角30/46解析(1)細(xì)繩作用是能顯示出力方向，所以無(wú)須等長(zhǎng)，故A錯(cuò)誤：兩細(xì)繩拉橡皮筋時(shí)，只要確保拉到同一點(diǎn)即可，不一定橡皮筋要在兩細(xì)繩夾角平分線上，故B錯(cuò)誤；在拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)必須要求彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行，不然會(huì)影響力大小，故C正確。(2)要確保結(jié)點(diǎn)不動(dòng)，應(yīng)確保協(xié)力不變，則由平行四邊形定則可知，協(xié)力不變，M方向向協(xié)力方向靠攏，則N拉力應(yīng)減小，同時(shí)應(yīng)減小β角。故選項(xiàng)A正確。答案(1)C

(2)A31/465.某同學(xué)用如圖6甲所表示裝置探究求協(xié)力方法。用一木板豎直放在鐵架臺(tái)和輕彈簧所在平面后，其部分試驗(yàn)操作以下，請(qǐng)完成以下相關(guān)內(nèi)容：(1)如圖甲，在木板上記下懸掛兩個(gè)鉤碼時(shí)彈簧末端位置O；32/46(2)卸下鉤碼然后將兩細(xì)繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測(cè)力計(jì)將輕彈簧末端拉到同一位置O，統(tǒng)計(jì)細(xì)繩套AO、BO______及兩彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)應(yīng)讀數(shù)。圖乙中B彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為_(kāi)_____N；(3)該同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫(huà)出兩彈簧拉力FA、FB大小和方向如圖丙所表示，請(qǐng)?jiān)趫D丙中作出FA、FB協(xié)力F′。丙圖633/46答案(2)方向11.40

(3)如圖所表示34/466.小明經(jīng)過(guò)試驗(yàn)探究求協(xié)力方法：(1)試驗(yàn)所用一只彈簧測(cè)力計(jì)如圖7甲所表示，在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行操作是________。圖735/46(2)在測(cè)出F1、F2和對(duì)應(yīng)協(xié)力F后，他在紙上畫(huà)出了F1、F2圖示，如圖乙所表示。請(qǐng)你幫助他在圖中畫(huà)出協(xié)力F圖示。(測(cè)得F＝4.9N，圖中a、b為統(tǒng)計(jì)F方向兩點(diǎn))(3)小明用虛線把F箭頭末端分別與F1、F2箭頭末端連接起來(lái)；觀察圖形后，他以為所畫(huà)圖形很像平行四邊形。至此，為正確得出求協(xié)力普通方法，你認(rèn)為小明接下來(lái)應(yīng)該做些什么？(寫(xiě)出兩點(diǎn)即可)①___________________________________________________；②__________________________________________________。36/46解析(1)該試驗(yàn)所用彈簧測(cè)力計(jì)開(kāi)始時(shí)指針不在零位置，故在用它測(cè)力前應(yīng)對(duì)它進(jìn)行操作是調(diào)零。(2)依據(jù)力三要素作出協(xié)力F圖示：37/46(3)依據(jù)所畫(huà)圖形很像平行四邊形這一事實(shí)，小明接下來(lái)應(yīng)該做以下事情：①驗(yàn)證圖形基本就是平行四邊形；②得出求協(xié)力普通方法；③改變F1、F2大小和方向，重復(fù)上述試驗(yàn)，驗(yàn)證猜測(cè)；④與同學(xué)交流，得出合理結(jié)論。答案(1)調(diào)零

(2)看法析圖

(3)①驗(yàn)證該圖形基本就是平行四邊形；②得出求協(xié)力普通方法；③改變F1、F2大小和方向，重復(fù)上述試驗(yàn)，驗(yàn)證猜測(cè)；④與同學(xué)交流，得出合理結(jié)論(任選其二)38/467.某同學(xué)經(jīng)過(guò)下述試驗(yàn)探究求協(xié)力方法。試驗(yàn)步驟：①將彈簧秤固定在貼有白紙豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。圖839/46②如圖8所表示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤秤鉤上，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)，將橡皮筋兩端位置標(biāo)識(shí)為O1、O2，統(tǒng)計(jì)彈簧秤示數(shù)F，測(cè)量并統(tǒng)計(jì)O1、O2間距離(即橡皮筋長(zhǎng)度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N，測(cè)出所對(duì)應(yīng)l，部分?jǐn)?shù)據(jù)以下表所表示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.0540/46③找出②中F＝2.50N時(shí)橡皮筋兩端位置，重新標(biāo)識(shí)為O、O′，橡皮筋拉力記為FOO′。④在秤鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，