2018版高考物理配套文档：第二章 实验3 探究求合力的方法 Word版含解析

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1．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同．
2．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．
3．实验步骤
(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上．
(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．
(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.
(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向．
(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同．
1．正确使用弹簧测力计
(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止．
(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围．
(3)被测力的方向应与轴线方向一致．
(4)读数时应正对、平视刻度．
2．注意事项
(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．
(2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°为宜．
(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．
(4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．
3．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)减小误差的办法：
①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录．
②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行.
命题点一 教材原型实验
例1 在“探究求合力的方法”时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳．实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳套用两个弹簧测力计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套拉橡皮条．
(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的________(填字母代号)．
A．将橡皮条拉伸相同长度即可
B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C．将弹簧测力计都拉伸到相同刻度
D．将橡皮条与绳的结点拉到相同位置
(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是________(填字母代号)．
A．两细绳必须等长
B．弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行
C．用两弹簧测力计同时拉细绳时两弹簧测力计示数之差应尽可能大
D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
(3)本实验采用的科学方法是________(填字母代号)．
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 (1)本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则，即研究合力与分力的关系．根据合力与分力是等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同．故A错误，B正确；在白纸上标下第一次橡皮条和绳的结点的位置，第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，表明两次效果相同，而弹簧测力计不必拉到相同刻度．故C错误，D正确．故选B、D.
(2)通过两细绳用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条时，并非要求两细绳等长，故A错误；测量力的实验要求尽量准确，为了减小实验中因摩擦造成的误差，操作中要求弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行，故B正确；用弹簧测力计同时拉细绳时，拉力不能太大，也不能太小．故C错误；为了更加准确的记录力的方向，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故D正确．故选B、D.
(3)该实验采用的方法为等效替代法，故选C.
答案 (1)BD (2)BD (3)C
题组阶梯突破
1．“探究求合力的方法”的实验原理是等效原理，其等效性是指( )
A．使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变
B．使两分力与合力满足平行四边形定则
C．使两次橡皮条伸长的长度相等
D．使两次橡皮条与两绳套的结点都与O点重合
答案 D
解析 在“探究求合力的方法”的实验中，两次拉伸橡皮条时，伸长的长度及伸长的方向均相同，两分力与合力的作用效果才相同，才具有等效替代关系，因此选项C错误，D正确；实验过程中，弹簧测力计的拉力的大小和方向是可以不同的，选项A错误；合力与分力之间满足平行四边形定则是客观规律，故选项B错误．
2．在“探究求合力的方法”实验中，下列器材中需要用到的是( )
A．弹簧测力计 B．打点计时器
C．天平 D．秒表
答案 A
3．在“探究求合力的方法”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：
A．在白纸上按比例作出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；
B．只用一个测力计，通过细绳把橡皮条拉同样长度；
C．记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；
D．在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上P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，并记下此位置，如图1所示；
图1
E．记下测力计的读数F′和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这个实测合力F′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近；
F．用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；
G．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论．
(1)上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是________(填选项前的字母)；正确的操作应为______________．
(2)上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是________(填选项前的字母)；
(3)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为________(填选项前的字母)．
答案 (1)B 只用一个测力计，通过细绳拉橡皮条，使橡皮条能与细绳的结点到达O位置 (2)F (3)DCABEG
解析 (1)步骤B中，没有说明沿着同一方向拉橡皮条达到同样长度，故合力的方向可能测量错误；
(2)该实验要使一个弹簧测力计拉力和两个弹簧测力计拉力产生相同的形变效果，不需要测量形变量的具体数值，只需要使橡皮条沿着同一方向伸长相同的长度即可，故不需要测量P、O之间的距离；
(3)组装器材，测量分力：DC；求解合力的理论值：A；测量合力的实际值：BE；分析实验数据：G；所以实验步骤为DCABEG.
4．如图2为“探究求合力的方法”实验，三个细绳套L1、L2、L3共系于一个结点，另一端分别系于轻质弹簧测力计A、B和重物M上，A挂于固定点P.手持B拉动细绳，使结点静止于O点．
图2
(1)某次实验中A的指针位置如图所示，其读数为________N；
(2)实验时要在贴于竖直木板的白纸上，记录________________________________________、
________和L1、L2、L3的方向及M的重力．
(3)下列实验要求中必要的是________(填选项的字母代号)．
A．弹簧测力计需要在实验前进行校零
B．细绳套方向应与木板平面平行
C．需要用托盘天平测量重物M的质量
D．弹簧测力计B始终保持水平
答案 (1)2.00 (2)O点的位置 A、B的示数 (3)AB
解析 (1)A的读数为2.00；(2)实验时要在贴于竖直木板的白纸上，记录O点的位置、A、B的示数和L1、L2、L3的方向及M的重力；(3)弹簧测力计需要在实验前进行校零，选项A正确；细绳套方向应与木板平面平行，以减小实验的误差，选项B正确；不需要用托盘天平测量重物M的质量，选项C错误；弹簧测力计B不一定要始终保持水平，选项D错误；故选A、B.
命题点二 拓展创新实验
例2 小丽用如图3所示的装置“探究求合力的方法”．用一木板竖直放在铁架台和弹簧所在平面后．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：
图3
a．如图甲，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末端，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________及两弹簧测力计相应的读数．图乙中B弹簧测力计的读数为________N(保留2位小数)；
c．小丽在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请你用作图工具在图丙中作出FA、FB的合力F′；
d．已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，
e．最后观察比较F和F′，得出结论．
解析 根据“探究求合力的方法”的实验原理，要记录细绳套AO、BO的方向和拉力大小，拉力大小由弹簧测力计读出，分度值为0.1 N，估读一位：11.40 N
利用平行四边形定则作出FA、FB的合力F′，作图如下：
答案 见解析
题组阶梯突破
5．在做“探究求合力的方法”实验时：
图4
(1)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．两弹簧测力计的夹角相同
C．每次弹簧测力计示数必须相同
D．只要一个弹簧测力计的读数相同就行
(2)如图4所示，是甲、乙两位同学在做“探究求合力的方法”的实验时得到的结果，则其中________同学实验结果比较符合实验事实．
答案 (1)A (2)甲
解析 (1)要使每次合力与分力产生相同的效果，每次需将橡皮条拉到同样的位置，故B、C、D错误，A正确；(2)用一个弹簧测力计拉橡皮条时，拉力的方向一定沿绳子方向，作图法得到的合力一定在平行四边形的对角线上，由于误差的存在，与实验值有一定的差别，故甲同学实验结果符合实验事实.
6．某同学在做探究求合力的方法实验时，把橡皮条的一端用图钉固定于P点，同时用两个弹簧测力计将橡皮条的另一端拉到位置O，这时两弹簧测力计的示数分别为FA＝3.5 N、FB＝4.0 N，其位置记录如图5所示．倘若橡皮条的活动端仅用一个弹簧测力计拉着，也把它拉到O点位置，弹簧测力计的示数为FC＝6.0 N，其位置如图所示．
图5
(1)用3 mm表示1 N，在图6中作出力FA、FB和FC的图示．
图6
(2)根据平行四边形定则在图中作出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)见解析图甲 (2)见解析图乙
5．8(5.5～6.1均可) (3)能
解析 (1)FA、FB和FC的图示如图甲所示．
(2)根据平行四边形定则作出FA和FB的合力F，如图乙所示，量出其长度，对应3 mm表示1 N，可得F＝5.8 N.
(3)利用平行四边形定则得出的合力与一个弹簧测力计单独使用时的拉力在实验误差允许的范围内相同，故实验的结果能验证平行四边形定则. 知识内容
必考要求
加试要求
实验3：探究求合力的方法
√