2020版高考物理一轮复习第2章相互作用实验2探究求合力的方法学案

1 实验实验 2 2 探究求合力的方法探究求合力的方法 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 减小误差的方法 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 2 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 用两个弹簧测力计拉橡皮条时的 三记录 记录两弹簧测力计示数 两细绳方向和结点o 的位置 用一个弹簧测力计拉橡皮条时的 二记录 记录弹簧测力计示数和细绳方向 及 一注意 结点o的位置必须在同一位置 等 热点一 教材原型实验 例 1 某同学做 验证力的平行四边形定则 的实验如图 1 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 图 1 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 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 3 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 而两根弹簧测力计拉 橡皮条至o点的拉力 根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力 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 故选项 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 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 热点二 实验创新拓展 实验拓展创新的两种方法 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 对实验原理的理解 实验方法的迁移 2 实验器材的改进 1 橡皮筋弹簧测力计 替代 2 钩码弹簧测力计 替代 4 例 2 2018 昆明市教学质量检测 某学生实验小组设计了一个 验证力的平行四边 形定则 的实验 装置如图 2 甲所示 在竖直放置的木板上部附近两侧 固定两个力传感 器 同一高度放置两个可以移动的定滑轮 两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接 在两细绳连接的结点o下方悬挂钩码 力传感器 1 2 的示数分别为f1 f2 调节两个定滑 轮的位置可以改变两细绳间的夹角 实验中使用若干相同的钩码 每个钩码质量均为 100 克 取g 9 8 m s2 图 2 1 关于实验 下列说法正确的是 a 实验开始前 需要调节木板使其位于竖直平面内 b 每次实验都必须保证结点位于o点 c 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 d 实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于o点钩码的总重力 2 根据某次实验得到的数据 该同学已经按照力的图示的要求画出了f1 f2 请你作图得 到f1 f2的合力f 只作图 不求大小 并写出该合力不完全竖直的一种可能原因 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 5 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 如解析图所示 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 1 2018 浙江模拟卷 7 在竖直平面内 将小圆环挂在橡皮条的下端 橡皮条的长度为 ge 用两个弹簧测力计拉动小圆环到o点 小圆环受到作用力f1 f2和橡皮条的拉力f0 如图 3 所示 图 3 1 此时要记录下拉力f1 f2的大小 并在白纸上记录 以及o点的位置 2 实验中 不必要的是 a 选用轻质小圆环 b 弹簧测力计在使用前应校零 c 撤去f1 f2 改用一个力拉小圆环 仍使它处于o点 d 用两个弹簧测力计拉动小圆环时 要保持两弹簧测力计相互垂直 3 图 4 中f是用一个弹簧测力计拉小圆环时 在白纸上根据实验结果画出的图示 f与 f 中 方向一定沿go方向的是 图 4 解析 1 力是矢量 既有大小 又有方向 因此除了需要记录拉力f1 f2的大小 还要 记录这两个力的方向 2 本实验的目的是探究求合力的方法 因此应是任意情况下的两个力与合力的关系 故选 项 d 错误 选用轻质小圆环是为了减小水平方向偏移的误差 合力与分力之间是等效替代 的关系 撤去f1 f2 改用一个力拉小圆环 仍使它处于o点 以确保等效 弹簧测力计 6 在使用前校零 是为了使读数准确 故选项 a b c 是必要的 3 当用一个弹簧测力计拉小圆环时 因圆环为轻质小圆环 故弹簧测力计的拉力与橡皮条 的拉力平衡 其方向一定与橡皮条的拉力方向相反 即一定沿go方向的是f 答案 1 两个力的方向 2 d 3 f 2 某同学在家中尝试 验证平行四边形定则 他找到三条相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和 若干小重物 以及刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 设计了如下实验 将两条 橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子a b上 另一端与第三条橡皮筋连接 结点为o 将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 1 完成该实验 下述操作中必需的是 a 测量细绳的长度 b 测量橡皮筋的原长 c 测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d 记录悬挂重物后结点o的位置 2 钉子位置固定 欲利用现有器材 改变条件再次验证 可采用的方法是 解析 1 三条相同的橡皮筋 具有相同的劲度系数 故三条橡皮筋的形变量的大小关系代 表了三条橡皮筋承受的力的大小关系 故必需 b c 项 a b两点固定 o点的位置则决定 了三个力的方向 因绳中的力恒沿绳的方向 故必需 d 项 2 最简便的方法是 更换不同的小重物 若没有 钉子位置固定 的话 改变a b钉的 位置亦可 答案 1 bcd 2 更换不同的小重物 3 1 在 探究求合力的方法 实验中 我们需要对使用的两只弹簧测力计进行校对 看两 只弹簧测力计是否完全相同 校对的方法是 填正确答案标号 a 看两只弹簧测力计的外形是否一样 是否由同一厂家生产 b 把两只弹簧测力计的钩子互钩着水平地拉动 看两者示数是否完全相同 c 把两只弹簧测力计的钩子互钩着一上一下竖直地拉动 看两者示数是否完全相同 d 把两只弹簧测力计的钩子互钩着 任意地拉动 看两者示数是否完全相同 2 在 探究求合力的方法 实验中 下列做法有利于减小误差的是 填正确答案 标号 a f1 f2两个力的夹角尽可能大一些 b f1 f2两个力越大越好 c 在拉橡皮条时 弹簧测力计的外壳不要与纸面接触 产生摩擦 7 d 拉力f1 f2的方向应与纸面平行 弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触 产生 摩擦 解析 1 考虑到重力的影响 两只弹簧测力计校对的方法是 把两只弹簧测力计的钩子互 钩着水平地拉动 看两者示数是否完全相同 故 b 正确 a c d 错误 2 画平行四边形时 夹角稍大画出的平行四边形就会准些 但不是夹角越大越好 如果夹 角很大可能使合力很小 作图法求得的合力误差会较大 a 错误 数据处理时我们需要画 出力的大小和方向 所以力要适当大些可减小测量误差对实验的影响 但是并非越大越好 如果太大可能导致合力太大 只用一只弹簧测力计拉时 量程不够 b 错误 弹簧测力计 的外壳与纸面接触没有影响 只要弹簧不与外壳摩擦即可 c 错误 在白纸中作图时 作 出的是水平力的图示 若拉力倾斜 则作出图的方向与实际力的方向有较大差别 再者由 于摩擦测得的力的大小也不准 故为了减小因摩擦造成的误差 应使各力尽量与木板面平 行 d 正确 答案 1 b 2 d 4 在 探究求合力的方法 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 5 所示 请将以下的实验操作和处理补充完整 图 5 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 解析 此步骤中应记录此时拉力的大小和方向 结合 的操作 中横线应填写 沿此 8 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 要探究求合力的方 法 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 5 如图 6 甲是 探究求合力的方法 的实验装置 实验操作如下 图 6 1 弹簧测力计a挂于固定点p 下端用细线挂一重物m 测量 并记录为f 2 弹簧测力计b的一端用细线系于o点 手持另一端水平向左拉 使结点o静止在某位置 如图甲 此时需记下结点o的位置和两测力计的示数f1 f2以及 3 某同学已在图乙纸上作出f1 f2的图示 请根据力的平行四边形定