高考物理一轮总复习 第二章 相互作用 第3节（课时5）力的合成与分解实验探究：验证力的平行四边形定则课件 鲁科版.ppt

实验探究 验证力的平行四边形定则 1 基础知识 2 典例剖析 3 备选训练 4 真题演练 第二章相互作用 一 基础知识 1 基础知识 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 减小误差的力法 1 结点o 定位o点时要力求准确 同一次实验中橡皮条拉长后的o点必须保持不变 2 拉力 用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向 应尽量使橡皮条 弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内 两个分力f1 f2间的夹角 不要太大或太小 3 作图 在同一次实验中 选定的比例要相同 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 用两个弹簧秤拉橡皮条时的 三记录 记录两弹簧秤示数 两细绳方向和结点o的位置 用一个弹簧秤拉橡皮条时的 二记录 记录弹簧秤示数和细绳方向 一注意 结点o的位置必须在同一位置 等 二 典例剖析 2 典例剖析 例1 2015 安徽理综 21 在 验证力的平行四边形定则 实验中 某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上 将橡皮条的一端固定在板上一点 两个细绳套系在橡皮条的另一端 用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套 互成角度地施加拉力 使橡皮条伸长 结点到达纸面上某一位置 如图所示 请将以下的实验操作和处理补充完整 用铅笔描下结点位置 记为o 记录两个弹簧测力计的示数f1和f2 沿每条细绳 套 的方向用铅笔分别描出几个点 用刻度尺把相应的点连成线 只用一个弹簧测力计 通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置o 记录测力计的示数f3 按照力的图示要求 作出拉力f1 f2 f3 根据力的平行四边形定则作出f1和f2的合力f 比较 的一致程度 若有较大差异 对其原因进行分析 并作出相应的改进后再次进行实验 沿此时细绳 套 的方向用铅笔描出几个点 用刻度尺把这些点连成直线 转解析 热点一实验原题及实验操作 f和f3 解析步骤 中应记录此时拉力的大小和方向 结合步骤 的操作 中横线应填写 沿此时细绳 套 的方向用铅笔描出几个点 用刻度尺把这些点连成直线 步骤 要验证平行四边形定则 需要比较f与f3的大小 方向是否一致 故 中横线应填写 f和f3答案 沿此时细绳 套 的方向用铅笔描出几个点 用刻度尺把这些点连成直线 f和f3 转原题 变式训练1 某实验小组的同学在验证力的平行四边形定则时 操作过程如下 将一张白纸固定在水平放置的木板上 橡皮筋的一端固定在a点 另一端拴上两个细绳套 用两个弹簧测力计互成角度地拉两个细绳套 使细绳套和橡皮筋的结点位于图中的o点 在白纸上记录o点的位置和两细绳套的方向 同时读出两弹簧测力计的读数f1和f2 选取合适的标度在白纸上作出f1和f2的图示 由平行四边形定则作出f1和f2的合力f 用一个弹簧测力计拉细绳套 使细绳套和橡皮筋的结点仍到达o点 在白纸上记录细绳套的方向 同时读出弹簧测力计的读数f 按以上选取的标度在白纸上作f 的图示 比较f和f 的大小和方向 改变两细绳套的方向和弹簧测力计的拉力的大小 重复以上操作 得出实验结论 审题视角结合实验过程及注意点分析题意 1 对本实验的下列叙述中正确的是 a 两次拉伸橡皮筋应将橡皮筋沿相同方向拉到相同长度b 两细绳套必须等长c 每次都应将弹簧测力计拉伸到相同刻度d 拉橡皮筋的细绳套要长一些 标记同一细绳套方向的两点要远一些 2 某次操作时两弹簧测力计的指针指在图2中所示的位置 则两弹簧测力计的读数分别为fb n fc n 3 如果本实验所用弹簧测力计的量程均为5n 其中图3甲中f1 3 00n f2 3 80n 且两力互相垂直 图乙中f1 f2 4 00n 且两力的夹角为30 图丙中f1 f2 4 00n 且两力的夹角为120 其中明显不符合操作的是图 ad 3 20 2 60 乙 本题详细解析见教辅 例2 2015 山东理综 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 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 如图示 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 热点二数据处理及误差分析 找出 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 在秤钩上涂抹少许润滑油 将橡皮筋搭在秤钩上 如图 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 利用表中数据在给出的坐标纸上画出f l图线 根据图线求得l0 cm 10 0 转解析 2 测得oa 6 00cm ob 7 60cm 则foa的大小为 n 3 根据给出的标度 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 1 80 foo 转原题 变式训练2 用图甲示的装置做 验证力的平行四边形定则 实验 1 某同学的实验操作如下 请完成相关内容 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 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 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 记下两条细绳的方向 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 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 某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据如图丙 请选好标度在方框中作图完成该同学未完成的实验处理 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 读出弹簧测力计的示数 2 50 4 00 如图所示 在误差允许范围内 合力与分力是等效替代的关系 且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则 见解析 本题详细解析见教辅 不能 以本实验为背景 以实验中操作的注意事项 误差来源设置条件 或通过改变实验条件 实验仪器设置题目 1 考查对实验原理的理解 实验方法的迁移2 实验器材的改进 热点三实验的改进与创新 例3 某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定则 设计了如下实验 1 将橡皮筋的两端分别与两条细线相连 测出橡皮筋的原长 2 将橡皮筋一端用细线固定在竖直板上的m点 在橡皮筋的中点o再用细线系一重物 重物自然下垂 如图甲所示 3 将橡皮筋另一端用细线固定在竖直板上的n点 如图乙所示 为完成实验 下述操作中必需的是 填正确答案标号 a 橡皮筋两端连接的细线长度必须相同b 要测量图甲中橡皮筋oa和图乙中橡皮筋oa ob的长度c m n两点必须在同一高度处d 要记录图甲中o点的位置及过o点的竖直方向e 要记录图乙中结点o的位置 过结点o的竖直方向及橡皮筋oa ob的方向 be 转解析 解析由于橡皮筋的弹力大小与形变量成正比 故可以用橡皮筋的形变量等效替代弹力大小来作平行四边形进行实验验证 与连接橡皮筋的细线长度无关 故本题需要测量橡皮筋的原长以及被重物拉伸后的长度 选项a错误 b正确 题图甲 乙中重物最终受力平衡 验证的依据为共点力的平衡 物体的平衡与否与m n两点是否在同一高度无关 选项c错误 题图甲中的o点位置并不需要记录 受力平衡时橡皮筋的拉力一定在竖直方向 需要记录的是橡皮筋被拉伸后的长度及橡皮筋的原长 选项d错误 对题图乙需要作出mo与no的合力大小和方向与实际合力进行对比 故需要记录过结点o的竖直方向及橡皮筋oa ob的方向 选项e正确 答案be 转原题 审题导析1 受实验装置的限制oa与ob拉力方向不可能竖直向上 a错 2 由分力与合力的大小关系知 b正确 oa ob oc互成1200角时 可满足c项 d项条件满足勾股定理 d正确 1 改变钩码个数 实验能完成的是 a 钩码的个数n1 n2 2 n3 4b 钩码的个数n1 n3 3 n2 4c 钩码的个数n1 n2 n3 4d 钩码的个数n1 3 n2 4 n3 5 变式训练3 有同学利用如图示的装置来验证力的平行四边形定则 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 2 在拆下钩码和绳子前 最重要的一个步骤是 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 甲 本题详细解析见教辅 三 备选训练 3 备选训练 备选训练 将橡皮筋的一端固定在a点 另一端拴上两根细绳 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 如左图所示 这时弹簧测力计的读数可从图中读出 1 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 n和 n 2 在右图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 2 50 4 00 放 缩 画力的图示 显示解析 转原题 备选训练 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拉橡皮条 1 实验对两次拉伸橡皮条的要求中 应该将橡皮条和绳的结点沿相同方向拉到 位置 填 同一 或 不同 2 同学们在操作过程中有如下讨论 其中对减小实验误差有益的说法是 填字母代号 a 用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时 拉力间的角度要小一些b 弹簧测力计 细绳 橡皮条要尽量与木板平行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小d 标记同一细绳方向的两点要远些 同一 bd 转解析 解析 1 只有拉到同一位置时 两次的作用效果才能相同 2 用两个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时 两力间的角度应较大一些 便于实验结果更准确 故a错误 弹簧测力计 细绳 橡皮条要尽量与木板平行 如果不平行会导致在木板上画出的力的图示与实际不符 故b正确 两弹簧测力计示数之差的大小对实验没有影响 故c错误 标记同一细绳方向的两点比较近时 所画直线的方向误差就较大 故d正确 答案 1 同一 2 bd 转原题 备选训练 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 a 测量绳子与水平杆的夹角 aob b 对两个传感器进行调零 c 用另一根绳在o点悬挂一个钩码 记录两个传感器的读数 d 取下钩码 移动传感器a改变 角 重复上述实验步骤 得到表格如下 1 根据表格可知 a传感器对应的是表中力 填 f1 或 f2 钩码质量为 kg 保留2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 转解析 f1 0 05 c 解析 1 a传感器中的力均为正值 故a传感器对应的是表中力f1 平衡时 mg f1sin 当 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 是为了消除横杆自身重力对结果的影响 故c正确 答案 1 f10 05 2 c 转原题 备选训练 在 验证力的平行四边形定则 实验中 需要将橡皮条的一端固定在水平木板上 先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置 再将橡皮条的另一端系两根细绳 细绳的另一端都有绳套 用两个弹簧秤分别勾住绳套 并互成角度地拉橡皮条 1 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d 用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等e 在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置其中正确的是 填入相应的字母 ce 转解析 审题视角结合实验过程及注意点分析 2 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和oc为细绳 图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的示意图 图乙中的f与f 两力中 方向一定沿ao方向的是 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 f b 转解析 3 某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力f1和f2 图中小正方形的边长表示2n 两力的合力用f表示 f1 f2与f的夹角分别为 1和 2 关于f1 f2与f 1和 2关系正确的有 a f1 4nb f 12nc 1 45 d 1 2 bc 转解析 解析 1 两细绳套不要太短 但是不一定要等长 选项a错误 橡皮条与两绳夹角的平分线是否在同一直线上 由两分力的大小和方向决定 选项b错误 用弹簧秤拉细绳套时 弹簧秤与木板平面必须平行 选项c正确