【志鸿优化设计】2014届高考物理第一轮复习 （梳理整合+探究突破+巩固提升）专题实验3 验证力的平行四边形定则（含解析） 鲁科版

1 实验实验 3 3 验证力的平行四边形定则 验证力的平行四边形定则 一 实验目的 1 会使用弹簧测力计 2 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 二 实验原理 1 等效法 一个力F 的作用效果和两个力F1 F2的作用效果都是让同一条一端固 定的橡皮条伸长到同一点 所以一个力F 就是这两个力F1和F2的合力 作出力F 的图 示 如图所示 2 平行四边形法 根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示 3 验证 比较F和F 的大小和方向是否相同 若在误差允许的范围内相同 则验 证了力的平行四边形定则 三 实验器材 方木板 白纸 弹簧测力计 两只 橡皮条 细绳套 两个 三角板 刻度尺 图 钉 几个 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 若两只弹簧测力计在对拉过程中读数相同 则可选 若读数不同 应另换 直至相同为止 2 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 越大 用平行四边形定则作图得出的合力F的误差 F也越大 八 实验改进 本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验 具体操作如下 1 把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接 另一条细绳用手直接抓住 然后同 时拉这两条细绳 使结点至O点 记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数F1 2 放回橡皮条后 将弹簧测力计连接到另一细绳上 用手再同时拉这两条细绳 使 结点至O点 并使两条细绳位于记录下来的方向上 读出弹簧测力计的示数F2 其他步骤与提供两个弹簧测力计相同 这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差 但实验过程麻烦 命题研究一 实验原理和实验误差分析 题例 1 2012 湖南长沙模拟 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和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 D 按选好的标度 用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示 并用 平行四边形定则求出合力F 3 E 只用一只弹簧测力计 通过细绳套拉橡皮条使其伸长 读出弹簧测力计的示数 记 下细绳的方向 按同一标度作出这个力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 有重要遗漏的步骤的序号是 和 遗漏的内容分别是 和 解题要点 命题研究二 实验数据处理 题例 2 2012 浙江理综 在 探究求合力的方法 实验中 现有木板 白纸 图 钉 橡皮筋 细绳套和一把弹簧秤 1 为完成实验 某同学另找来一根弹簧 先测量其劲度系数 得到的实验数据如下 表 弹力F N 0 501 001 502 002 503 003 50 伸长量 x 10 2 m 0 741 802 803 724 605 586 42 用作图法求得该弹簧的劲度系数k N m 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如图所示 其读数为 N 同时利用 1 中结果获得弹簧上的弹力值为 2 50 N 画出这两个共点力的合力F合 3 由图得到F合 N 解题要点 1 在做 互成角度的两个力的合成 实验时 橡皮条的一端固定在木板上 用两个弹 簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点 以下操作中错误的是 A 同一次实验过程中 O点位置允许变动 B 实验中 弹簧测力计必须与木板平行 读数时视线要正对弹簧秤刻度 C 实验中 先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程 然后只需调节另一 弹簧测力计拉力的大小和方向 把橡皮条另一端拉到O点 D 实验中 把橡皮条的另一端拉到O点时 两弹簧测力计之间夹角应取 90 以便 于算出合力的大小 2 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 另一端系上两根细绳 细绳的另一端都有绳套 如图所示 实验中需用两个弹簧测力计分 别钩住绳套 并互成角度地拉橡皮条 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 在使用弹簧测力计时要注意使弹簧秤与木板平面平行 4 其中正确的是 填入相应的字母 3 2012 上海六校联考 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 5 N 最小刻度为 0 1 N 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 只须读 到 0 1 N 2 在方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 4 2012 江西师大附中 鹰潭一中联考 验证力的平行四边形定则 实验中 1 部分实验步骤如下 请完成有关内容 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 另一端绑上两根细线 B 在其中一根细线上挂上 5 个质量相等的钩码 使橡皮筋拉伸 如图甲所示 记录 C 将步骤 B 中的钩码取下 分别在两根细线上挂上 4 个和 3 个质量相等的钩码 用两 光滑硬棒B C使两细线互成角度 如图乙所示 小心调整B C的位置 使 记 录 2 如果 力的平行四边形定则 得到验证 那么图乙中 cos cos 临界和极值问题在动力学中的运用 本章内容是整个力学的基础 因此高考对本专题的考查是通过与其他知识综合的形式 出现 主要涉及弹簧弹力 摩擦力 共点力的合成与分解 物体的平衡等 从历年的高考 试题看 单独考查本专题知识的题目较少 多数是将本专题内容与牛顿运动定律 功和能 电磁学等结合起来考查 例如 2012 年山东理综第 17 题 2012 年江苏单科第 5 题等 从近几年高考命题可以看出 受力分析及物体平衡的计算一直是高考中的热点 预计 在 2013 年的高考中随着高考试题的难度 区分度的稳定 将保持现有水平 单独出题时 往往以选择题为主 较多的是将本专题内容与其他知识结合起来考查 因此在平时复习中需注重对高考热点的深化和巩固 如 弹簧模型 在不同物理情境 下的应用 摩擦力的存在与否及静摩擦力方向的判断 力的合成与分解以及共点力平衡等 要注意解决共点力平衡问题常用的基本方法 如正交分解法 力的三角形法等 另外还要 5 注意本章知识与社会生产 生活和现代科技的结合 一 摩擦力突变问题 当物体的受力情况发生变化时 摩擦力的大小和方向往往会发生变化 有可能会导致 静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化 该类问题常涉及摩擦力的突变问题 在分析中很容易发生失误 在解决此类问题时应 注意以下两点 1 如题干中无特殊说明 一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 2 由于此类问题涉及的过程较为复杂 采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法 解题更为简单 例题 1 2012 天津理综 如图甲所示 静止在水平地面的物块A 受到水平向右 的拉力F作用 F与时间t的关系如图乙所示 设物块与地面的静摩擦力最大值Ffmax与滑 动摩擦力大小相等 则 A 0 t1时间内F的功率逐渐增大 B t2时刻物块A的加速度最大 C t2时刻后物块A做反向运动 D t3时刻物块A的动能最大 解题要点 二 极限法在解决物理问题中的应用 极限法是把某个物理量推向极端 即极大和极小或极左和极右 并依此做出科学的推 理分析 从而给出判断或导出一般结论 极限法只有在所研究的变量发生单调 连续变化 并存在理论极限时才适用 但却是一种科学的思维方法 是解决物理问题的 短 平 快 方法之一 在平时的物理学习中 有意识地进行一些这样的思维方法训练 能有效地培养 自己的创造性思维能力 例题 2 如图所示 两光滑斜面的高度相同 乙斜面的总长度和甲斜面的总长度相 同 只是乙斜面由两部分接成 将两个相同的小球从两斜面的顶端同时由静止开始释放 不计在接触处的能量损失 问哪一个球先到达斜面底端 A 甲球先到达 B 乙球先到达 C 两球同时到达 D 无法确定 解题要点 6 参考答案参考答案 考向探究突破考向探究突破 题例 1 答案 答案 1 F 2 B 3 C E C 中应加上 记下两条细绳的 方向 E 中应说明 把橡皮条的结点拉到同一位置O 解析 解析 1 由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向 而根据平行四 边形定则作出的合力 由于误差的存在 不一定沿AO方向 故一定沿AO方向的是F 2 一个力的作用效果与两个力的作用效果相同 它们的作用效果可以等效替代 故 B 正确 3 根据 验证力的平行四边形定则 实验的操作规程可知 有重要遗漏的步骤 的序号是 C E 在 C 中未记下两条细绳的方向 E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O 题例 2 答案 答案 1 如图所示 53 说明 2 内都可 2 2 10 说明 有效数字位数正确 0 02 内都可 见解析图 3 3 3 说明 0 2 内都可 解析 解析 1 作图时注意横坐标轴的标度 连线一定是一条过原点的直线 计算k时可 取直线上较远的两点计算 例如 0 74 10 2 0 50 6 42 10 2 3 50 k y x N m 53 N m 3 50 0 50 6 42 10 2 0 74 10 2 2 注意估读 作图时注意选取标度 都从O点沿力的方向按力的大小作出力的图 示 3 以这两个力作为平行四边形的两条邻边 作平行四边形 画出对角线 用刻度尺 量出平行四边形对角线的长度 除以标度 得出F合 3 3 N 演练巩固提升演练巩固提升 1 ACD 解析 解析 从橡皮条固定点到O点的连线方向 是合力的作用线方向 如果O点 变动 那么合力的大小 方向都要变化 就不能验证力的平行四边形定则 故 A 选项错 C 选项中 因一个弹簧测力计已拉到最大量程 再通过另一个弹簧测力计拉橡皮条到O点 时 第一个弹簧测力计可能超过最大量程 造成损坏 或读数不准 故 C 选项错 互成角 度的两个力是利用平行四边形定则合成的 两个分力成任意角度都适用 不必成 90 角 故 D 选项错 2 C 解析 解析 该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果 不必要求两分力等大 故 B 错 与两绳长短无关 A 错 但需使两分力与合力在同一平面内 故 C 正确 3 答案 答案 1 2 5 4 0 2 如图所示 7 解析 解析 1 两弹簧测力计的最小分度均为 0 1 N 两拉力大小分别为 2 5 N 和 4 0 N 2 方格纸上的每一方格的边长代表 1 N 根据这个标度作出这两个分力的图示 再 根据平行四边形定则作出它们的合力 如答案图所示 4 答案 答案 1 见解析 2 3 4 解析 解析 1 B 记录钩码个数 或细线拉力 橡皮筋与细线结点的位置O 细线的方 向 说明 能反映细线方向的其他记录也可以 C 应使橡皮筋与细线结点的位置与步骤 B 中结点位置重合 并记录钩码个数和对应的 细线方向 2 对结点进行受力分析 设每个钩码的质量均为m 由平衡条件可知 水平方向满 足 4mgcos 3mgcos 所以 cos cos 3 4 专题提炼升华专题提炼升华 例题 1 BD 解析 解析 根据题图乙可知 在 0 t1时间内拉力F没有达到最大静摩擦 力Ffmax 物体处于静止状态 则拉力F的功率为零 选项 A 错误 对物块A由牛顿第二定 律有F Ffmax ma 由于t2时刻拉力F最大 则t2时刻物块加速度a最大