課標(biāo)版2025版高考物理總復(fù)習(xí)第二章力的相互作用實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則教案

PAGEPAGE12試驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則一、試驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)的平行四邊形定則。2.培育應(yīng)用作圖法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的實(shí)力。二、試驗(yàn)原理互成角度的兩個(gè)力F1、F2與另外一個(gè)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'在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是否相等。三、試驗(yàn)器材木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測力計(jì)兩只、三角板、刻度尺、鉛筆。四、試驗(yàn)步驟1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。3.用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩套的方向。4.只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,登記彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向。5.變更兩彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,再做兩次試驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從O點(diǎn)沿兩細(xì)繩套方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線,此對(duì)角線即合力F的圖示。2.用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出試驗(yàn)步驟4中彈簧測力計(jì)的拉力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(yàn)證平行四邊形定則。六、留意事項(xiàng)1.同一試驗(yàn)中的兩只彈簧測力計(jì)的選取方法是:將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉,讀數(shù)相同。2.在同一次試驗(yàn)中,使橡皮條拉長時(shí),結(jié)點(diǎn)的位置O肯定要相同。3.用兩只彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角不宜太大也不宜太小,在60°~100°為宜。4.試驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)應(yīng)與木板平行,讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測力計(jì)的刻度,在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數(shù)值盡量大些。5.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向。不要干脆沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn),移開細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接,即可確定力的方向。6.在同一次試驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍長一些。七、誤差分析1.彈簧測力計(jì)本身的誤差。2.讀數(shù)誤差和作圖誤差。3.彈簧測力計(jì)與木板不平行引起的誤差?？键c(diǎn)一試驗(yàn)原理和試驗(yàn)操作1.某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的試驗(yàn)狀況如圖甲所示,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(diǎn),OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果畫出的圖。(1)假如沒有操作失誤,圖乙中的F與F'兩力中,方向肯定沿AO方向的是。(2)本試驗(yàn)采納的科學(xué)方法是。A.志向試驗(yàn)法B.等效替代法C.限制變量法D.建立物理模型法(3)試驗(yàn)時(shí),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木板上,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.用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點(diǎn)O到達(dá)某一位置。記錄下O的位置,讀出兩只彈簧測力計(jì)的示數(shù);D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計(jì)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(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù),登記細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個(gè)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(hào)是和;②遺漏的內(nèi)容分別是和。答案(1)F'(2)B(3)①CE②登記兩條細(xì)繩的方向把橡皮條的結(jié)點(diǎn)O拉到同一位置2.在“探究兩個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的試驗(yàn)中,某同學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)的主要步驟是:a.如圖甲所示,將橡皮筋的一端固定在木板上的A點(diǎn),另一端拴上兩根繩套,每根繩套分別連著一個(gè)彈簧測力計(jì)。b.沿著兩個(gè)方向拉彈簧測力計(jì),將橡皮筋的活動(dòng)端拉到某一位置,將此位置標(biāo)記為O點(diǎn),讀取此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù),分別記錄兩個(gè)拉力F1、F2的大小。用筆在兩繩套的拉力方向上分別標(biāo)記a、b兩點(diǎn),并分別將其與O點(diǎn)連接,表示兩力的方向。c.再用一個(gè)彈簧測力計(jì)將橡皮筋的活動(dòng)端仍拉至O點(diǎn),記錄其拉力F的大小并用上述方法記錄其方向。(1)試驗(yàn)中確定分力方向時(shí),圖甲中的b點(diǎn)標(biāo)記得不妥,其緣由是。(2)用一個(gè)彈簧測力計(jì)將橡皮筋的活動(dòng)端仍拉至O點(diǎn),這樣做的目的是。(3)圖乙是在白紙上依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的力的圖示,其中是F1和F2合力的實(shí)際測量值。(4)試驗(yàn)中的一次測量如圖丙所示,兩個(gè)測力計(jì)M、N的拉力方向相互垂直,即α+β=90°。若保持測力計(jì)M的讀數(shù)不變,當(dāng)角α由圖中所示的值漸漸減小時(shí),要使橡皮筋的活動(dòng)端仍在O點(diǎn),可采納的方法是()丙A.增大N的讀數(shù),減小β角B.減小N的讀數(shù),減小β角C.減小N的讀數(shù),增大β角D.增大N的讀數(shù),增大β角答案(1)O、b兩點(diǎn)太近,誤差大(2)與F1、F2共同作用的效果相同(3)F(4)B解析(1)依據(jù)標(biāo)記點(diǎn)和O點(diǎn)確定分力方向時(shí),兩點(diǎn)相距遠(yuǎn)一些,方向確定更精確。(2)本試驗(yàn)中兩次力的作用效果相同,即橡皮筋形變量及拉伸方向相同。(3)平行四邊形對(duì)角線為合力的理論值,所以F是實(shí)際值。(4)由圖可知B正確。驗(yàn)證力的平行四邊形定則試驗(yàn)應(yīng)留意操作不忘“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)的位置O),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“一留意”(結(jié)點(diǎn)的位置必需在同一位置O)等。考點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析減小誤差的方法(1)結(jié)點(diǎn)位置①定位O點(diǎn)時(shí)要力求精確。②同一次試驗(yàn)中橡皮條拉長后的O點(diǎn)必需保持不變。(2)拉力①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。②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)。③兩個(gè)分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小。(3)作圖①在同一次試驗(yàn)中,選定的標(biāo)度要相同。②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。例1在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn)中,須要將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上兩根細(xì)繩套,如圖甲所示,試驗(yàn)中先用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,并互成角度地拉橡皮條,把橡皮條的一端拉到O點(diǎn),用鉛筆描下O點(diǎn)位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向,并記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù),然后只用一個(gè)彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套再次把橡皮條的一端拉到O點(diǎn),登記彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F'和細(xì)繩套的方向,作出三個(gè)力的圖示,如圖乙所示。(1)下列說法正確的是 ()A.試驗(yàn)中兩個(gè)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,可以減小試驗(yàn)誤差B.在用力拉彈簧測力計(jì)時(shí),拉力應(yīng)沿彈簧測力計(jì)的軸線方向C.在同一次試驗(yàn)中,作力F1、F2的圖示時(shí),必需選取同樣的標(biāo)度,而作力F'的圖示時(shí),可以選取不同的標(biāo)度D.最終,連接F1、F2和F'三個(gè)力的末端,驗(yàn)證所得圖形是不是平行四邊形(2)甲同學(xué)在做這個(gè)試驗(yàn)的時(shí)候,兩個(gè)彈簧測力計(jì)的量程都是0~10N,他把彈簧測力計(jì)校零之后,先測量一個(gè)質(zhì)量為1kg的物體的重力,發(fā)覺彈簧測力計(jì)的示數(shù)為8.2N,換用另外一個(gè)彈簧測力計(jì)測量這個(gè)物體的重力,發(fā)覺示數(shù)還是8.2N,測量重力的操作都是正確的,假如用這兩個(gè)彈簧測力計(jì)進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響嗎?(填“有”或“沒有”)。乙同學(xué)試驗(yàn)后才發(fā)覺遺忘對(duì)這兩個(gè)彈簧測力計(jì)校零,他把兩個(gè)彈簧測力計(jì)平放在試驗(yàn)臺(tái)上,發(fā)覺兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)都是0.3N,乙同學(xué)運(yùn)用的彈簧測力計(jì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響嗎?(填“有”或“沒有”)。答案(1)AB(2)沒有有解析(1)拉橡皮條的細(xì)繩套適當(dāng)長一些,便利畫出力的方向,可以減小誤差,故A項(xiàng)正確;在用力拉彈簧測力計(jì)時(shí),拉力應(yīng)沿彈簧測力計(jì)的軸線方向,否則會(huì)影響拉力大小,故B項(xiàng)正確;在同一次試驗(yàn)中,作力F1、F2的圖示時(shí),必需選取同樣的標(biāo)度,而作力F'的圖示時(shí),也必需選取同樣的標(biāo)度,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;應(yīng)當(dāng)是以F1、F2為鄰邊作出平行四邊形,過O點(diǎn)作出平行四邊形的對(duì)角線,該對(duì)角線表示合力,比較合力和F'的關(guān)系,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)用兩個(gè)校零后的彈簧測力計(jì)測量同一個(gè)物體的重力發(fā)覺示數(shù)相等,用這兩個(gè)彈簧測力計(jì)進(jìn)行試驗(yàn),拉力和示數(shù)之比相等,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有影響;若兩個(gè)彈簧測力計(jì)測量前都沒有校零,且沒有拉力時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)都是0.3N,則用此彈簧測力計(jì)測量時(shí),彈力的大小應(yīng)等于示數(shù)減去0.3N,依據(jù)示數(shù)作平行四邊形時(shí),誤差較大,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響。某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”試驗(yàn),將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1mm)的紙貼在水平桌面上,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的大小可由測力計(jì)讀出。測力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示,F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)運(yùn)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)視察到兩個(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=4.2N和F2=5.6N。(ⅰ)用5mm長度的線段表示1N的力,以O(shè)為作用點(diǎn),在圖(a)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;圖(a)圖(b)(ⅱ)F合的大小為N,F合與拉力F的夾角的正切值為。若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在試驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi),則該試驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案(1)4.0(2)(ⅰ)如圖所示(ⅱ)4.00.05解析(1)測力計(jì)的分度值為0.2N,F的大小為4.0N。(2)(ⅰ)圖見答案。分別以F1、F2為鄰邊作平行四邊形,并作出對(duì)角線,即得F合。(ⅱ)表示F合的線段的長度為20.0mm,F合=20.0F合與拉力F的夾角的正切值為tanθ≈21-20考點(diǎn)三試驗(yàn)拓展和試驗(yàn)創(chuàng)新考向一試驗(yàn)原理創(chuàng)新(1)通過應(yīng)用定滑輪,變更拉力的方向。(2)鉤碼的總重力即對(duì)應(yīng)細(xì)繩的拉力大小。例2[2024年1月“八省(市)聯(lián)考”河北卷]為驗(yàn)證力的平行四邊形定則,某同學(xué)打算了以下器材:支架,彈簧,直尺,量角器,坐標(biāo)紙,細(xì)線,定滑輪(位置可調(diào))兩個(gè),鉤碼若干。支架帶有游標(biāo)尺和主尺,游標(biāo)尺(帶可滑動(dòng)的指針)固定在底座上,主尺可升降,如圖1所示。試驗(yàn)步驟如下:(1)儀器調(diào)零。如圖1,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(xì)線懸掛小鉤碼做為鉛垂線,調(diào)整支架豎直。調(diào)整主尺高度,使主尺與游標(biāo)尺的零刻度對(duì)齊?；瑒?dòng)指針,對(duì)齊掛鉤上的O點(diǎn),固定指針。圖1圖2圖3(2)搭建的試驗(yàn)裝置示意圖如圖2。左側(cè)鉤碼組質(zhì)量mA=40g,右側(cè)鉤碼組質(zhì)量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(diǎn)重新對(duì)準(zhǔn)指針。試驗(yàn)中保持定滑輪、彈簧和鉛垂線共面。此時(shí)測得α=36.9°,β=53.1°,由圖3可讀出游標(biāo)卡尺示數(shù)為9.78cm,由此計(jì)算出彈簧拉力的增加量F=0.489N。當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭為9.80m/s2。

(3)請(qǐng)將第(2)步中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)用力的圖示的方法在圖框中作出,用平行四邊形定則作出合力F'。參考答案如圖所示(4)依次變更兩鉤碼質(zhì)量,重復(fù)以上步驟,比較F'和F的大小和方向,得出結(jié)論。試驗(yàn)中鉛垂線上小鉤碼的重力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(填寫“有”或“無”)影響?？枷蚨囼?yàn)器材創(chuàng)新(1)電子秤代替彈簧測力計(jì),可以干脆讀出力的大小。例2參考答案(4)無(最終答案以官方公布為準(zhǔn))解析(2)由圖3可知,游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為9.7cm+0.01×8cm=9.78cm;這就是彈簧長度的增加量,則彈簧拉力的增加量為F=k·Δl=5.00×9.78×10-2N=0.489N。(3)沿OA方向的拉力F1=mAg=40×10-3×9.80N=0.392N,沿0B方向的拉力F2=mBg=30×10-3×9.80N=0.294N,用力的圖示在圖框中作出F1、F2,用平行四邊形定則作出合力F'。(4)求解合力的過程中,求解的是彈簧彈力的變更量,所以小鉤碼的重力對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有影響。(2)同一電子秤通過不同方式,可測得三根細(xì)線中拉力的大小。例3一同學(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(a),在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺,登記水壺時(shí)電子秤的示數(shù)F。(2)如圖(b),將三根細(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,在白紙上登記結(jié)點(diǎn)O的位置、和電子秤的示數(shù)F1。(3)如圖(c),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)在白紙上按肯定標(biāo)度作出電子秤拉力F、F1、F2的圖示,依據(jù)平行四邊形定則作出F1、F2的合力F'的圖示,若,則力的平行四邊形定則得到驗(yàn)證。答案(1)靜止(2)三根細(xì)線的方向(3)結(jié)點(diǎn)O的位置(4)F和F'在誤差允許的范圍內(nèi)重合考向三試驗(yàn)過程創(chuàng)新(1)探究拉伸過程對(duì)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(dòng)重物,對(duì)應(yīng)不同的軌跡。例4小明通過試驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。(1)試驗(yàn)記錄紙如圖甲所示,O點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計(jì)共同作用時(shí),拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn);一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時(shí),拉力F3的方向過P3點(diǎn)。三個(gè)力的大小分別為:F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。請(qǐng)依據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力。甲(2)細(xì)致分析試驗(yàn),小明懷疑試驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變更,影響試驗(yàn)結(jié)果。他用彈簧測力計(jì)先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度,發(fā)覺讀數(shù)不相同,于是進(jìn)一步探究了拉伸過程對(duì)橡皮筋彈性的