届高考物理二轮复习 验证平行四边形定则 学案全国通用.docx

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届高考物理二轮复习验证平行四边形定则学案全国通用

实验三　验证平行四边形定则

误差分析

（1）误差来源

除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。

（2）减小误差的方法

（1）结点O

①定位O点时要力求准确。

②同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变。

（2）拉力

①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。

②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。

③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。

（3）作图

①在同一次实验中，选定的标度要相同。

②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。

注意事项

操作不忘“三”“二”“一”

用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”（记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置），用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”（记录弹簧测力计示数和细绳方向）及“一注意”（结点O的位置必须在同一位置）等。

热点一　实验原理与实验操作

【例1】　在“验证平行四边形定则”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：

A．用铅笔和直尺在白纸上从O点沿着两细绳方向画直线，按一定标度作出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；

B．只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条与细绳的连接点拉到同样的位置O；

C．用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数；

D．在水平放置的木板上，垫一张白纸并用图钉固定，把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两条细绳连接在橡皮条的另一端，通过细绳同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的连接点到达某一位置O；

E．记下弹簧测力计的读数和细绳的方向，按同一标度作出这个力的图示F′，比较这个实测合力和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相等；

F．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，根据实验得出结论。

（1）将以上实验步骤按正确的顺序排列，应为　　　　　（填选项前的字母）。

（2）图1甲中弹簧测力计B的示数为　　　　　N，为了更准确地得到合力与分力的关系，要采用作力的　　　　（填“图示”或“示意图”）来表示分力与合力。

（3）图乙中方向一定沿AO方向的力是　　　　　（填“F”或“F′”）。

（4）在物理学中跟力一样，运算时遵守平行四边形定则的物理量还有　　　　　（至少写出三个，要求写名称）。

图1

答案　

（1）DCABEF　

（2）3.80　图示　（3）F　（4）位移、速度、加速度、电场强度等

热点二　数据处理及误差分析

【例2】　请完成“验证平行四边形定则”实验的相关内容。

（1）如图2甲所示，在铺有白纸的水平木板上，橡皮条一端固定在A点，另一端拴两个细绳套。

图2

（2）如图乙所示，用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为O点，记下此时弹簧测力计的示数F1和F2及　　　　　。

（3）如图丙所示，用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点拉到O点，记下此时弹簧测力计的示数F＝　　　　　N和细绳的方向。

（4）如图丁所示，已按一定比例作出了F1、F2和F的图示，请用作图法作出F1和F2的合力。

（5）合力与F大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由F1引起，则原因是F1的大小比真实值偏　　　　　、F1与F2的夹角比真实夹角偏　　　　　。

（填“大”或“小”）

解析　

（2）要记下两分力F1和F2的方向。

（3）弹簧测力计的示数要估读一位，即F＝3.00N。

（4）由力的图示作出F1和F2的合力F′，如图。

（5）由图所示，将F1减小或减小F1与F的夹角，合力F′与F更接近重合，则原因是F1的大小比真实值偏大、F1与F2的夹角比真实夹角偏大。

答案　

（2）两细绳的方向　（3）3.00　（4）见解析

（5）大　大

热点三　实验的改进与创新

验证平行四边形定则中的“万变不离其宗”

1．器材的变化（如图3甲、乙、丙、丁所示）

图3

2．合力、分力的变化

（1）分力的获得：

弹簧测力计的拉力→钩码的重力。

（2）合力的获得：

弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力。

【例3】　（2017·河南模拟）某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下实验器材验证平行四边形定则：

刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板。

实验方案如下：

　　　　　　甲　　　乙

图4

①将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连，测出橡皮筋的原长；

②将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的A点，在橡皮筋的中点O用细绳系住重物，使重物自然下垂，如图4甲所示；

③将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的B点，如图乙所示。

（1）为完成本实验，下列还必须测量的物理量为　　　。

（填选项前字母）

A．小重物的质量

B．细绳的长度

C．图甲中OA段橡皮筋的长度

D．图乙中OA和OB段橡皮筋的长度

（2）在完成本实验的过程中，必须注意的事项是　　　　。

（填选项前字母）

A．橡皮筋两端连接的细绳长度必须相同

B．图乙中A、B两点必须等高

C．图乙中连接小重物细绳必须在OA、OB夹角的角平分线上

D．记录图甲中O点的位置和OA的方向

E．记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向

（3）若钉子位置固定，利用现有器材改变实验效果，可采用的方法是　　　　　。

解析　

（1）橡皮筋遵循胡克定律，要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到橡皮筋的伸长量，根据拉力大小与伸长量成比例作力的图示。

为了使两次实验效果相同，必须记下O点的位置来作参照，故选C、D。

（2）橡皮筋连接的细绳要稍微长些，并非要求等长，A错误；图乙中A、B两点不用必须等高，B错误；图乙中连接小重物的细绳可以在OA、OB夹角的角平分线上，也可以不在，C错误；图甲中O点的位置和OA的方向不需要记录，D错误；需要记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向，E正确。

（3）在钉子位置不变的情况下，要改变实验效果，只有改变小重物的质量。

故可采用的方法是更换小重物。

答案　

（1）CD　

（2）E　（3）更换小重物

以题说法

本题属于创新实验，主要是在实验器材和实验方案等问题上进行了改进，题中不能准确地测出力的大小，但是由于橡皮筋的弹力大小与形变量成正比，因此采用比例法进行作图，在实验时只需要测量出橡皮筋的伸长量即可。

1．在“验证平行四边形定则”实验中，需要两次拉伸橡皮条：

一次是用两个弹簧测力计通过细绳互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条。

（1）关于这两次拉伸，下列说法正确的是　　　　　。

A．只要求将橡皮条拉到相同的长度

B．要求两个弹簧测力计的拉力方向与橡皮条的夹角相同

C．将弹簧测力计拉到相同的刻度

D．将橡皮条和细绳的结点拉到相同的位置

（2）用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成一定角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O静止。

此时必须记录的是　　　　　（填选项前的字母）。

A．橡皮条的原长B．橡皮条的伸长长度

C．橡皮条固定端位置D．O点的位置

E．橡皮条伸长的方向F．两条细绳间的夹角

G．两条细绳的方向H．两个弹簧测力计的读数

（3）某同学的实验结果如图5所示，图中　　　　　是力F1与F2的合力的实验值。

通过对F和F′进行比较来验证平行四边形定则。

图5

解析　本实验在操作中应注意用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”（记录两弹簧测力计的示数、两细绳方向和结点O的位置），用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”（记录弹簧测力计的示数和细绳方向）及“一注意”（注意两次结点必须拉到同一位置）。

所以，

（1）选D；

（2）中选择D、G、H；（3）用平行四边形定则作出的合力是实验值，即F。

答案　

（1）D　

（2）DGH　（3）F

2．小白用如图6所示的装置验证平行四边形定则，其部分实验操作如下。

（1）请完成下列相关内容：

图6

a．在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O。

b．卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数。

图中B弹簧测力计的读数为　　　　　N。

c．小白在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图所示，请你用作图工具在图中坐标纸上作出FA、FB的合力F′。

d．已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图所示。

e．最后观察比较F和F′，得出结论。

（2）本实验采用的科学方法是　　　　　。

A．理想实验法B．控制变量法

C．等效替代法D．建立物理模型法

解析　b．图中B弹簧测力计的读数为11.40N；c.图线如图：

答案　

（1）11.40　图见解析　

（2）C

3．有同学利用如图7所示的装置来验证平行四边形定则：

在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：

图7

（1）改变钩码个数，实验能完成的是　　　（填正确答案标号）。

A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4

B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4

C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4

D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5

（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是　　　　（填正确答案标号）。

A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向

B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度

C．用量角器量出三段绳子之间的夹角

D．用天平测出钩码的质量

（3）在作图时，你认为下图中　　　　是正确的。

（填“甲”或“乙”）

解析　

（1）实验中的分力与合力的关系必须满足：

|F1－F2|≤F3≤F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的。

（3）实验中F3是竖直向下的。

答案　

（1）BCD　

（2）A　（3）甲

4．用图8甲所示的装置做“验证平行四边形定则”实验。

图8

（1）某同学的实验操作如下，请完成相关内容。

①在桌面上放一方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。

②用图钉把橡皮条一端固定在A点，另一端系上两根细绳，细绳的另一端系有绳套。

③用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O。

记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数，并　　　　。

④按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F。

⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，　　　　，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示。

（2）某次实验中弹簧测力计的示数如图乙所示，则两弹簧测力计的拉力的大小分别为　　　　N、　　　　N。

（3）某同学完成验证平行四边形定则实验操作后得到的数据如图9，请选好标度在方框中作图完成该同学未完成的实验处理。

图9

结论：

__________________________________________________________。

（4）若两个弹簧测力计的读数分别为3.00N、4.00N，且两弹簧测力计拉力方向的夹角为锐角，则　　　　（选填“能”或“不能”）用一个量程为5N的弹簧测力计测出它们的合力，理由是__________________________________________。

解析　

（1）③用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点到达某一位置O，此时需要用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数。

⑤只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，此时需要读出弹簧测力计的示数，并记下细绳的方向。

（2）两个弹簧测力计的读数分别为2.50N和4.0