高考物理一轮复习实验3验证力的平行四边形定则含答案

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实验三　验证力的平行四边形定则实验溯本求源●注意事项1．位置不变同一次实验中橡皮条拉长后的结点O必须保持不变．2．拉力(1)细绳应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点，去掉细绳后，连直线确定力的方向．(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)弹簧测力计数据尽量大些，读数时眼睛要正视，要按有效数字正确读数和记录．3．作图(1)在同一次实验中，选定的比例要相同．(2)两分力夹角不能太大或太小，作图时两力与对边一定要平行．●误差分析实验热点探究热点一　教材原型实验题型1|实验原理与操作例1 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB与OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．(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(3)实验时，主要的步骤是：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F1和F2；D．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；E．只用一个弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数F′，记下细绳的方向，按同一标度作出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．上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的选项是________和________；②遗漏的内容分别是________________________________________和________________________________________________________．题型2|数据处理及分析例2 [2017·全国卷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1 mm)的纸贴在水平桌面上，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＝4.2 N和F2＝5.6 N.①用5 mm长度的线段表示1 N的力，以O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；②F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．图1练1　某研究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为0～5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)．(1)如图1所示的弹簧测力计的示数为________N.(2)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的是________(填选项前的字母)．A．橡皮条弹性要好，拉结点到达某一位置O时，拉力要适当大些B．再次进行验证时，结点O的位置必须保持相同C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度D．拉橡皮条的细绳要长一些，标记同一细绳方向的两点要远一些(3)该小组的同学用如图2所示的同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图3所示，其中对于提高实验精度最有利的是________(填选项字母)．练2　[2020·广东模拟]如图甲所示是“验证力的平行四边形定则”的实验装置图，其中A为固定橡皮条的图钉，O点为橡皮条与细绳的结点，OB和OC均为一端连接弹簧测力计的挂钩，另一端连接结点O的细绳．图乙是某实验小组在白纸上根据实验结果画出的图．(1)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(2)实验中，小张同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力F1和F2，图中小正方形的边长表示2 N，F为根据平行四边形定则作出的合力(图中未画出)，设F1、F2与F的夹角分别为θ1与θ2，则下列选项正确的是________．A．F1＝4 N B．F＝12 N C．θ1＝35° D．θ1θ2，B项正确．(3)在同一次实验中，O点的位置不能变动，但重复进行实验时，O点的位置是可以变动的．答案：(1)C　(2)B　(3)可以例3　解析：(1)实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于细线中的拉力，选项A正确；该装置每次实验不需要保证结点位于O点，选项B错误；实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，选项C正确；悬挂于O点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项D错误．(2)利用平行四边形定则作出F1和F2的合力F.该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等．答案：(1)AC　(2)如图所示　定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等(回答出一项合理答案即可)例4　解析：(1)第④步中还应记录的是弹簧测力计拉力(即细线Pc)的方向，以便⑤中验证平行四边形定则；(2)第⑤步中，钩码的重力、橡皮条的拉力和弹簧测力计的拉力三力平衡，则橡皮条拉力与弹簧测力计拉力的合力大小等于重力G，方向与重力方向相反，即竖直向上．答案：(1)弹簧测力计拉力(即细线Pc)的方向　(2)G　竖直向上练3　解析：(1)由题图甲知刻度尺的分度值为1 mm，则弹簧P的长度为L1＝17.50 cm.(2)若要验证力的平行四边形定则，则两弹簧拉力的合力与矿泉水瓶的重力等大反向，根据几何关系可知，当两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等时，F1、F2的合力与矿泉水瓶的重力mg等大反向，验证了力的平行四边形定则，此时L2＝17.50 cm，θ＝60°.答案：(1)17.50　(2)17.50　60°练4　解析：(1)根据力的平行四边形定则计算出绳套1的拉力F′1＝F tan 30°＝F，比较F1和F′1的大小，即可初步验证力的平行四边形定则．(2)保持绳套2方向不变，绳套1从图示位置向下缓慢转动60°，此过程中保持橡皮筋的结点在O点不动，说明绳套1和绳套2拉力的合力不变，绳套1转动过程受力分析如图所示，故绳套1的拉力先减小后增大，D项正确．答案：(1)F　F1与F′1的大小　(2)D练5　解析：(1)要测量装满水的水壶的重力，则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′在误差允许范围内重合，则平行四边形定则得到验证．答案：(1)静止　(2)三细线的方向　(3)结点O的位置(4)F和F′在误差允许范围内重合产生原因减小方法偶然误差读数误差弹簧测力计数据在允许的条件下尽量大些，读数时眼睛要正视作图误差两分力夹角不能太大或太小，作图时两力的对边一定要平行系统误差弹簧测力计本身的误差选较精确的弹簧测力计