实验微课三验证力的平行四边形定则.docx
《实验微课三验证力的平行四边形定则.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验微课三验证力的平行四边形定则.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
实验微课三验证力的平行四边形定则
实验微课（三）
验证力的平行四边形定则
考点考级
命题点
考查频率
实验原理与实验操作（Ⅰ）
命题点1：
考查实验原理
命题点2：
考查实验操作
————
实验数据处理与误差分析（Ⅰ）
命题点：
实验数据处理与误差分析
2017·课标卷Ⅲ，22
实验拓展与创新（Ⅱ）
命题点1：
实验拓展
命题点2：
实验创新
————
一、实验目的
1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．
2．培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力．
二、实验原理
互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等．
三、实验器材
木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔．
四、实验步骤
1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．
2．用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．
3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向．
4．只用一只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，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．
5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验．
五、数据处理
1．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．
2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计的拉力F′的图示．
3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．
六、注意事项
1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：
将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，读数相同．
2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．
3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．
4．实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．
5．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．
6．在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
七、误差分析
1．弹簧测力计本身的误差．
2．读数误差和作图误差．
3．两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大．
考点一 实验原理与实验操作
命题点1 考查实验原理
1．某同学用钩码和弹簧测力计做“验证力的平行四边形定则”实验．
（1）请将实验内容补充完整：
A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，在另一端绑上两根系有细绳套的细线．
B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码（每个钩码质量均为50g），使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录 ________、结点的位置O和细线方向．
C．将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉B（可随时固定）支开，在另一细线上挂上弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中α、β可测定，当
＝
时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时弹簧测力计的示数应为 ________N（当地重力加速度g＝10m/s2）．
（2）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
【解析】
（1）由实验原理可知本实验利用等效替代法来验证“力的平行四边形定则”，图甲中钩码的重力即合力大小，细线方向即合力方向，所以应记录钩码的个数（细线上的拉力）、结点O的位置和细线方向，在用钩码和弹簧测力计一起拉橡皮筋时，一定要将橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时应记录钩码个数、弹簧测力计示数及对应的细线方向，分析图乙中结点的受力情况可得水平方向有4mgcosα＝Fcosβ，代入数据得弹簧测力计的示数应为F＝3mg＝1.5N.
（2）由
（1）知是等效替代法．
【答案】
（1）钩码的个数（细线上的拉力） 1.5
（2）B
命题点2 考查实验操作
2．（2018·沈阳高三一模）某同学用如图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．拉线方向应与木板平面平行
D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
（3）某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
【解析】
（1）弹簧测力计读数为3.6N.
（2）验证力的平行四边形定则，需要分别测量各个力的大小和方向，所以A项是必要的；根据仪器使用常识，弹簧测力计在使用前需校零，B项是必要的；实验中力必须在同一平面内，C项也是必要的；实验是验证三个力的关系，只要测出三个力就可以了，所以不需要固定O点位置，D项不必要，本题应选D项．
【答案】
（1）3.6
（2）D （3）①减小弹簧测力计B拉力的大小；②减小重物M的质量（或将弹簧测力计A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等）
考点二 实验数据处理与误差分析
实验数据处理与误差分析
3．（2017·课标卷Ⅲ，22）某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴（横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm）的纸贴在桌面上，如图（a）所示．将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点（位于图示部分之外），另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长．
（1）用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O.此时拉力F的大小可由测力计读出．测力计的示数如图（b）所示，F的大小为 ________N.
（2）撤去
（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点．此时观察到两个拉力分别沿图（a）中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1＝4.2N和F2＝5.6N.
（ⅰ）用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，在图（a）中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合；
（ⅱ）F合的大小为________N，F合与拉力F的夹角的正切值为________．
若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则．
【解析】
（1）由题给测力计示数可知，读数为4.0N.
（2）作图，F2长度为28mm，F1长度为21mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20mm，大小代表4.0N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值．
【答案】
（1）4.0
（2）（ⅰ）见解析图 （ⅱ）4.0 0.05
4．（2015·山东卷，21）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．
实验步骤：
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．
②如图甲所示，
将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离（即橡皮筋的长度l）．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：
F（N）
0
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
l（cm）
l0
10.97
12.02
13.00
13.98
15.05
③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.
④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.
完成下列作图和填空：
（1）利用表中数据在坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0＝________cm.
（2）测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N.
（3）根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．
（4）通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论．
【解析】
（1）做出Fl图象，如图（a）所示，求得直线的截距即为l0，可得l0＝10.0cm.
（2）可计算橡皮筋的劲度系数
k＝
＝
N/m＝50N/m
若OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则橡皮筋的弹力为
F＝kΔx＝50×（6.00＋7.60－10.00）×10－2N＝1.80N
则此时FOA＝F＝1.80N.
（3）FOB＝FOA＝1.80N，两力的合力F′如图（b）所示．
（4）通过比较F和FOO′的大小和方向，可得出实验结论．
【答案】
（1）见解析图（a） 10.0（9.8、9.9、10.1均正确）
（2）1.80（1.70～1.90均正确） （3）见解析图（b） （4）FOO′
考点三 实验拓展与创新
探究高考命题视角
以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现拓展性、开放性、探究性等特点．
视角1 考查对实验原理的理解、实验方法的迁移
视角2 实验器材的改进
（1）用橡皮筋
弹簧秤
三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．
（2）使用力的传感器——用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．
（3）钩码
弹簧秤
命题点1 实验拓展
5．（2018·广州二模）一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则．
（1）如图（a），在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶________时电子秤的示数F.
（2）如图（b），将三根细线L1、L2、L3的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上．水平拉开细线L1，在白纸上记下结点O的位置、______和电子秤的示数F1.
（3）如图（c），将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上，并将L1拴在其上．手握电子秤沿着
（2）中L2的方向拉开细线L2，使________和三根细线的方向与
（2）中重合，记录电子秤的示数F2.
（4）在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示，根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若________，则平行四边形定则得到验证．
【解析】
（1）要测量装满水的水壶的重力，则应记下水壶静止时电子秤的示数F.
（2）要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点O的位置的同时，也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1.
（3）已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点O点位置不能变化，力的方向也都不能变化，所以应使结点O的位置和三根细线的方向与
（2）中重合，记录电子秤的示数F2.
（4）根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F′的图示，若F和F′在误差范围内重合，则平行四边形定则得到验证．
【答案】
（1）静止
（2）三根细线的方向
（3）结点O的位置
（4）F和F′在误差范围内重合
命题点2 实验创新
6．如图所示，某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解，A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负．A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B固定不动，通过光滑铰链连接长0.3m的杆．将细绳连接在杆右端O点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ
②对两个传感器进行调零
③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数
④取下钩码，移动传感器A改变θ角
重复上述实验步骤，得到表格.
F1
1.001
0.580
…
1.002
…
F2
－0.868
－0.291
…
0.865
…
θ
30°
60°
…
150°
…
（1）根据表格，A传感器对应的是表中力__________（选填“F1”或“F2”）．钩码质量为________kg（保留1位有效数字）．
（2）本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是（ ）
A．因为事先忘记调零
B．何时调零对实验结果没有影响
C．为了消除横杆自身重力对结果的影响
D．可以完全消除实验的误差
【解析】
（1）A传感器中的力均为拉力，为正值，故A传感器对应的是表中力F1，平衡时，mg＝F1sinθ，当θ＝30°时，F1＝1.001N，可求得m＝0.05kg.
（2）在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响，故C正确．
【答案】
（1）F1 0.05
（2）C
验证力的平行四边形定则中的“万变不离其宗”
1．器材的变化（如图甲、乙、丙所示）
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．
升级会员 