研究共点力的合成专题实验启点教育文档格式.docx
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2)利用弹簧秤拉橡皮绳时须贴近且平行木板,与细线平行;
细绳套应适当长些,便于确定力的方向,
3)拉力应适当大些(误差读数误差可减小);
两个力之间的夹角不能太大,在两个力大小一定时,夹角越大,合力越小,弹簧形变越小,相对误差越大。
4)2次拉,拉到同一结点处(效果相同);
5)沿细绳确定拉力方向时,所选的二个定位点应相距远一点;
6)图示F,F1、F2时必须用同一标度,且线段应取长些;
7)分析力的大小、方向变化时,一般采用作图法。
Ⅱ.例题解析
题型一:
实验步骤和注意事项
【例1】“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
(1)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是___________。
(2)(单选题)本实验采用的科学方法是()
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法
(3)(多选题)实验中可减小误差的措施有()
A.两个分力F1、F2的大小要尽量大些
B.两个分力F1、F2间夹角应越大越好
C.拉橡皮筋时,弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行
D.AO间距离要适当,将橡皮筋拉至结点O时,拉力要适当大些
【答案】
(1)F′,
(2)B,(3)ACD
【例2】在做“互成角度的两个力的合成”的实验中,下列叙述中正确的是:
()
A.两弹簧秤的拉力可以比橡皮条的拉力大;
B.若橡皮条的拉力是合力,则两弹簧秤的拉力是分力;
C.两次拉橡皮条时,需将橡皮条拉到同一位置,这样做的目的是保证两次弹簧秤拉的效果相同;
D.若只增大某一弹簧秤的拉力大小,而又要保证橡皮条结点的位置不变,只需调整另一弹簧秤拉力的大小即可。
【答案】AC
变式训练:
“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
主要步骤是:
(A)在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
(B)用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端栓上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;
(C)用两个弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记下O点的位置和两个弹簧秤的示数;
(D)按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
(E)只用一只弹簧秤,通过弹簧秤拉橡皮条使其伸长,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向,按相同标度作出这个力F’的图示;
(F)比较F’和F,看它们是不是相同,得出结论;
上述步骤中:
(1)有重要遗漏的步骤是(填序号);
(2)相应的遗漏内容分别是
(3)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是___________。
(1)CEF
(2)记下两个弹簧秤的细绳方向;
结点到达O位置;
改变两个力的夹角,再做一组(或几组)。
(3)Fˊ
【例3】
(多选)在“研究共点力的合成”实验中,需要将橡皮筋的一端固定在A点,用两个弹簧秤(量程均为5N)通过细绳互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋的另一端伸长到O点。
关于这一实验过程,下列操作正确或设计能实现的是()
(A)
实验前,先将所用的弹簧秤竖直提起,挂钩上无任何重物,检查读数是否为零
(B)将结点拉到位置O时,拉力F1、F2要适当大些
(C)拉橡皮筋时,橡皮筋、细绳和弹簧秤应贴近且平行于木板
(D)可以通过操作使两个弹簧秤的读数均为4N,且两弹簧秤拉力的方向相互垂直,然后再用其中一个弹簧秤来测量出它们的合力,与用作图法求出的合力进行比较。
【答案】BC
题型二:
实验误差分析和数据处理
【例4】在做“研究共点力的合成”实验时,
(1)(多选题)下面措施中有利于提高实验精确度的是
(A)橡皮条弹性要好,拉到O点时,拉力要适当大些.
(B)两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些.
(C)拉橡皮条时,橡皮条细绳和弹簧秤应贴近且平行纸面.
(D)套橡皮条的绳套要细些且稍长为好.
(2)实验结果是否会有误差?
若有,造成误差的主要原因是什么?
(1)(ACD)(得4分),
(2)记录力的大小、方向和作图时等有误差(得2分)
【例5】
(2007上海调研)某同学在做验证互成角度的两个力合成的平行上边形定则实验时,把橡皮条的一端用图钉固定于P点,同时用两个弹簧秤将橡皮条的另一端拉到位置O。
这时两弹簧秤的示数分别为FA=3.5N、FB=4.0N,其位置记录如图甲所示。
倘若橡皮条的活动端仅用一个弹簧秤拉着,也把它拉到O点位置,弹簧秤的示数为FC=6.0N,其位置如C。
(1)用1cm表示1N,在图乙中作出力FA、FB和FC的图示。
(2)根据平行四边形定则在图乙中作出FA和FB的合力F,F的大小为___________N。
(3)实验的结果是否能验证平行四边形定则:
________(选填“能”或“不能”)。
【答案】
(1)图略(4分),
(2)图略(1分),5.9~6.3N(1分)(3)能(1分)
【例6】在“验证力的平行四边形定则”的实验中。
(1)(多选题).下列哪些方法可以减小实验误差()
(A)两个分力F1、F2间的夹角要尽量大一些
(B)两个分力F1、F2的大小要尽量大一些
(C)拉橡皮条的细绳要稍长一些
(D)实验中,弹簧秤必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度
(2)如果共点力F1、F2的大小均不变,分力F1固定,分力F2顺时针转动180°
的过程中,F1和F2的合力大小随着它们的夹角θ变化的关系如图所示。
如果F2继续转动180°
,回到原来位置,试在图中画出F1和F2的合力大小随着它们的夹角θ变化的关系。
(1)BCD(3分);
(2)如右图(3分,若图线不对称,不能给分)。
【例7】“研究共点力的合成”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点位置,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
(1)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是 。
(2)关于此实验,下列情况正确的是…………( )
A.两弹簧秤的拉力一定比橡皮筋的拉力大
B.橡皮筋的拉力是合力,两个弹簧秤的拉力是分力
C.如果将两个绳套换成两根橡皮筋,那么实验结果将不同
D.两次拉橡皮筋结点拉到同一位置O的目的是确保两次弹簧秤拉力的效果相同
【答案】
(1)F′(2分),
(2)(D)(3分)
【例8】在做“验证力的平行四边形定则”实验时:
(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有
_______和________.
(2)要使每次合力与分力产生相同的效果,必须()
A.每次将橡皮条拉到同样的位置
B.每次把橡皮条拉直
C.每次准确读出弹簧秤的示数
D.每次记准细绳的方向
(3)为了提高实验的准确性,减小误差,实验中应注意什么?
【解析】
(1)橡皮条、三角板
(2)两个分力产生的效果使橡皮条的结点到某一位置,此时橡皮条中的弹力与两个分力的合力相平衡.要想每次合力与分力的效果都相同,则每次将橡皮条拉到同样的位置.故选A.
(3)应注意:
①选用弹性小的细绳;
②橡皮条、细绳和弹簧秤的轴应在同一平面上,且与板面平行贴近等。
在“验证力的平行四边形定则”实验中,橡皮条一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点.以下操作中错误的是()
A.同一次实验过程中,O点的位置允许变动
B.在实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤的刻线
C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条结点拉到O点
D.实验中,把橡皮条的结点拉到O点时,两秤之间的夹角应取90°
不变,以便于计算合力的大小
【答案】ACD
如图所示是两位同学在做“验证共点力合成”的实验时得到的结果,其中哪一个实验结果比较符合实验事实?
在比较符合实验事实的一个结果中,若F′是准确的,则误差较大的原因可能是哪些?
【解析】按本实验的要求,F为F1和F2通过平行四边形定则所得合力;
F′为F1和F2的等效力,即用一只弹簧秤拉时的力.橡皮条在这个力的作用下,其力的方向与橡皮条的伸长方向在一条直线上,显然图(b)不符合事实,比较符合实验事实的是图(a).图(a)中F与F′误差较大的原因可能是:
①F1的方向比真实方向偏左;
②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左;
③作图时两虚线不与F1线和F2线平行.F是按平行四边形定则作出的合力是理论值,用一个弹簧秤拉时测出的力F′为实验值.本实验就是要用现在的实验结果和已有实验结果进行比较,检查已有的实验结论是否正确,达到验证的目的.
Ⅲ.课堂检测
1.下面列出的措施中,哪些是有利于改进本节实验结果的()
A.橡皮条弹性要好,拉到O点时拉力适当大些
B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D.拉橡皮条的绳要细,而且要稍长一些
2.在“验证力的平行四边形法则”的实验中,如右图所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果,其中F是用作图法得到的合力,
是通过实验测得的合力,则哪个实验结果是符合实验事实的?
(选填“甲”或“乙”)
【答案】甲
3.在“研究共点力的合成”实验中,需要将橡皮筋的一端固定点在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套.实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套,并互成角度地拉像皮筋.用两个弹簧测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点,以下操作中错误的是()
(A)同一次实验过程中,O点位置允许变动
(B)实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度
(C)实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点
(D)实验中,橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上
【答案】CD
4.在“研究共点力的合成”实验中,下列叙述中正确的是:
A.两次拉橡皮条时,需将橡皮条和细线的结点拉到同一位置,这样做是为了保证两次弹簧秤作用的效果相同;
B.实验中,用两弹簧秤将橡皮条结点拉到O点时,两弹簧秤之间的夹角应取90°
不变,以便于计算合力的大小;
C.若橡皮条的拉力是合力,则两弹簧秤的拉力是分力;
D.两弹簧秤的拉力可以比橡皮条的拉力大。
【答案】AD
5.如图,在“研究力的合成”实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套。
实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套,并互成角度地拉橡皮条。
某同学认为在此过程中必须注意以下几项:
A.两根细绳必须等长。
B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上。
C.在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行。
其中正确的是________。
(填入相应的字母)
【答案】C
6.在共点力合成的实验中,根据实验数据画出力的图示,如图。
图上标出了F1、F2、F、F’四个力,其中______(填上述字母)不是由弹簧秤直接测得的;
比较力_____与_______的大小和方向基本相同,说明共点力合成的平行四边行定则得到了验证.在本实验中,下列说法不正确的是………………( )
(A)通过细绳套用一个弹簧秤拉和用两个弹簧秤拉,只要橡皮条伸长相同长度即可
(B)在实验前,一定要将弹簧秤调零
(C)实验中,弹簧秤和所拉的绳套一定要和木板平行
(D)如果手头只有一个弹簧秤,通过改变方法也可以完成实验
【答案】F’(1分);
FF’;
(A)
7.在“互成角度的两个力的合成”实验中,橡皮条的一端固定在A点,另一端被两个弹簧秤拉到O点,如图甲所示.两弹簧秤读数分别为F1和F2,细绳方向分别与OA直线延长线的夹角为α1和α2,如图乙所示.以下说法中正确的是()
A.O点位置不变,合力不变
B.用平行四边形定则求得的合力F一定沿OA直线方向
C.若不改变O和α1,F1增大,F2必减小
D.合力必大于F1或F2
【答案】A
8.(多选)在“互成角度的两个共点力的合成”实验中,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点,以下操作中错误的是
A.同一次实验过程中,O点位置允许变动
B.在实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度
C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条的结点拉到O点
D.实验中,把橡皮条的结点拉到O点时,两弹簧之间的夹角应取90°
不变,以便于算出合力的大小
【答案】ACD
9.橡皮筋的一端固定在A点,另一端栓上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。
当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。
这时弹簧测力计的读数可从图中读出。
⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_____N和_____N。
(只须读到0.1N)
⑵在答题纸的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。
【答案】⑴2.5N和4.0N⑵注意平行四边形中的实线、虚线的区别和箭头、标度、单位。
10.在“互成角度的两个共点力的合成”的实验中,其中的三个实验步骤如下:
(1)在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线;
通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条,使它与细线的结点到达某一位置O点,在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2.
(2)在纸上根据F1和F2的大小,应用平行四边形定则作图求出合力F.
(3)只用一测力计通过细绳拉橡皮条,使它的伸长量与用两测力计拉时相同,记下此时测力计的读数F′和细绳的方向.
以上三个步骤中均有错误或疏漏,请指出:
(1)____________________________.
(2)____________________________.
(3)____________________________.
【答案】
(1)未记下细绳方向
(2)应根据F1和F2的大小和方向作图(3)应将橡皮条与细线的结点拉到原位置O点
11.在研究“互成角度的两个共点力合成”的实验中,测力时要注意不要让橡皮条、线与木板,弹簧与外壳发生,同时又要保证分力与合力都处在同一个上。
实验中在橡皮条结点位置O保持不变的情况下,当两弹簧秤之间夹角θ增大时,其中一个弹簧秤的示数(填“可能不变”,“一定改变”,“一定不变”)。
在保持两个分力大小不变的条件下,观察不同夹角θ时的合力大小,由数据得到如右图所示的合力F与两分力间夹角θ关系图。
则下列说法正确的是()
(A)合力最大的变化范围是2N≤F≤12N
(B)合力最大的变化范围是2N≤F≤10N
(C)两分力大小分别为2N和8N
(D)两分力大小分别为6N和8N
【答案】摩擦,水平面,可能不变,D
12.如右下图所示,橡皮条的O端固定,用A、B两弹簧秤拉橡皮条的另一端D,使其伸长至E点,A、B两弹簧的弹力大小和方向如图所示,其中α+β>900。
今保持A的读数不变,当
角由图示位置逐渐减小时,欲使D端仍在E点保持不动应采用的方法是:
()
A.使B的读数变小,同时β角减小
B.使B的读数变小,同时β角增大
C.使B的读数变小,同时β角先增大后减小
D.使B的读数变大,同时β角减小
【答案】C
13.如图所示,做“互成角度的两个力的合成”实验时,首先把白纸钉在木板上;
然后用图钉把橡皮条的一端固定在木板一边A点,橡皮条另一端系上两个细绳套,接下去主要步骤的合理顺序是:
_______________________(填写下列序号)。
A.只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样位置O点,记下弹簧秤的读数和细绳的方向,用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤拉力F/的图示;
B.用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,描下O点的位置,记录弹簧秤的读数;
C.用铅笔和刻度尺从位置O沿着两条细绳套的方向画直线,按选定标度作出这两只弹簧秤拉力F1和F2的图示;
D.以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,作出合力F的图示;
E.比较F、F/的大小和方向是否相同
如果在实验中发现有一只弹簧秤损坏了(其他实验器材齐全完好),请你设想只用一个弹簧秤完成本实验的方法:
_________________________________________________________________________.
【答案】BCADE或BCDAE,用手拉其中一条细绳套,弹簧秤拉另一条细绳套,记下O点、弹簧秤读数F1和两条细绳套的方向,然后互换手拉和弹簧秤拉细绳套,产生同样效果,可读出F2,其他步骤相同。
Ⅳ.课后练习
1.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验时,主要步骤是:
A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上
B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套
C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数
D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F
E.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示
F.比较F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论
(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________;
(2)遗漏的内容分别是____________________________和______________________________.
【答案】
(1)C E
(2)C中未记下两条细绳的方向 E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O
2.(2010年东城模拟)在做“验证力的平行四边形定则”实验中,若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏,如下图所示,但F大于等于F′,引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏________,F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏________.
【解析】 作平行四边形合成图如右图所示,F1的真实值为F10.合力的真实值为F′,F1为测量值,由图可知,F1的大小比真实值偏大,F1的方向使它与F2的方向夹角比真实值偏大,大于α0.
【答案】 大 大
3.如下图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果,若用F表示两个分力F1、F2的合力,用F′表示F1和F2的等效力,则可以判断________(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的.
【答案】 甲
4.如图所示,在共点力合成的实验中橡皮筋一端固定于P点,另一端连接两个弹簧秤,使这端拉至O点,现使F2大小不变地沿顺时针转过某一角度,相应地使F1的大小及图中β角发生变化.则相应的变化可能是()
A.F1一定增大
B.F1也可能减小
C.F1若增大,β角一定减小
D.F1若增大,β角可能增大
【解析】O点位置不变说明F1,F2合力不变,以O点为圆心,以F2为半径做圆:
矢量三角形关系,由图可看出β角先增大后减小而F1一直增大.当F1与F2垂直时β角最大。
5.李明同学在做“互成角度的两个力的合成”实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小,如图(a)所示,
(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示,并用F表示此力.
(2)有关此实验,下列叙述正确的是________.
A.两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大
B.橡皮筋的拉力是合力,两弹簧秤的拉力是分力
C.两次拉橡皮筋时,需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同
D.若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整一只弹簧秤拉力的大小即可
(3)图(b)所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?
(力F′是用一只弹簧秤拉时的图示)
答:
___________________________________________.
(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主要原因是:
(至少写出两种情况)
(1)如右图
(2)AC(3)张华做的符合实验事实
(4)1、F1的方向比真实方向偏左.2、F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左.3、作图时两条虚线不分别与F1线和F2线平行.
6.(2011江苏物理卷第10题)某同学用如图1所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。
弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M。
弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置。
分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向。
(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中A的示数为_______N。
(2)下列不必要的实验要求是_________。
(请填写选项前对应的字母)
(A)应测量重物M所受的重力
(B)弹簧测力计应在使用前校零
(C)