优化探究2012高考物理一轮复习第2章4单元2课件必修

一、实验目的会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方向．验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．二、实验原理一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作有效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示．再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否相同，若相同，则说明

互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则．(二)验证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、实验步骤在水平桌面上平放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定在方木板上．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，细绳的另一端系上细绳套．用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图所示．用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向，读出并记录两个弹簧测力计的示数．用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线，按一定的标度作出两个力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点的平行四边形的对角线即为合力F.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O，读出并记录弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F′的图示．比较F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，看它们在实验误差允许的范围内是否相等．改变F1和F2的大小和方向，再做两次实验．五、误差分析弹簧测力计本身的误差．读数误差和作图误差．两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大．六、注意事项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．在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．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．读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦．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．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．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、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：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.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.其他步骤与提供两弹簧测力计相同．这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程麻烦．对实验原理的理解(2009年高考山东卷)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)为完成该实验，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

．[规范解答](1)必需测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长度，这样才能确定橡皮筋的伸长量，确定各力的大小，还需记录悬挂重物后结点

O的位置，同时记下三条橡皮筋所在的方向，以便确定各拉力的方向，根据平行四边形定则做出合力的图示．因此，(2)中必需的是bcd.(2)改变条件再次验证可采用更换不同的小重物的方法．[答案]

(1)bcd (2)更换不同的小重物实验数据的处理在“验证力的平行四边形定则”的实验中，(1)其中的两个实验步骤分别是

A．在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置和读出两个弹簧测力计的示数F1和F2.B．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′和记下细绳的方向．请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中是

；B中是

．(2)在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格每边长度表示2N，O点是橡皮条的结点，请用两个直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为

N.[规范解答]

(1)当用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔应记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数F1和F2及此时两细绳套的方向．当只用一只弹簧测力计拉时，应使结点拉到同样的位置O，并记下弹簧测力计的读数和细绳的方向．(2)如图所示应将橡皮条与细绳的结点拉到原来[答案]

(1)未记下两条细绳的方向的位置

O

点

(2)如图所示

10

2在课外活动小组进行研究性学习的过程中．某研究小组设计了一个实验来验证力的平行四边形定则，其设计方案为：用三根相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔，三张白纸、平木板来验证力的平行四边形定则．其步骤如下：①将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置和图钉A、B、C的位置．②将x1、x2、x3按一定比例图示表示出来，以x1、x2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC′，比较OC′与OC的长度(即x3的长度)及方向，若相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC′与OC有一微小夹角θ，则有误差(如图所示)：③测出此时这三根橡皮条的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量x1＝L1－L0，x2＝L2－L0，x3＝L3－L0.④将三根橡皮条一端都拴在一个图钉O上，将这三根橡皮条的另一端分别拴上图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上．⑤用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起．请你确定该研究小组的实验步骤的顺序是

．(2)对于本实验下列论述中正确的是

．实验中用到了图钉O受到三个共面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反的原理，使合力和分力在一次实验中全部出现，从而简化了实验的过程实验中用到了胡克定律，简化了力的测量，可以不用弹簧测力计就完成实验由于实验中总有OC′与OC的微小夹角θ，故实验有误差，该方法不可取三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一[规范解答](1)该实验的过程中应该首先将三根橡皮条拴在图钉上，这样便于测橡皮条的原长，之后就要固定两个图钉拉第三个图钉到适当的位置进行实验，把第三个图钉也固定好后就可测每根橡皮条的长度并计算出伸长量，最后按照胡克定律转换成力作出力的图示进行实验研究，所以正确的实验步骤是④⑤①③②.(2)该实验的关键是应用三个共点力平衡的推论进行实验原理的改进，应用胡克定律将测量力的大小转换为测橡皮条的长度，所以选项A、B都正确；任何实验都有误差，误差是不可避免的，不能因为有误差就把实验完全否定，故选项C错误；实验的误差有系统误差和偶然误差，都是不可避免的，该实验也是一样的，从系统误差来看，影响该实验的主要因素不是原理，而是器材，特别是橡皮条的长短和粗细，所以说三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一，故选项D也是对的，所以正确选项为A、B、D.[答案]

(1)④⑤①③②

(2)A、B、D本章的命题热点主要集中在以下几点：有关弹力(特别是弹簧弹力)和摩擦力的分析计算．共点力的平衡问题(特别是动态平衡问题)，根据物体的运动状态，利用牛顿运动定律分析物体的受力情况．1.半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有竖直放置的挡板MN.在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止．如图所示是这个装置的纵截面图．若用外力使MN保持竖直、缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止．在此过程中，下列说法中正确的是(

)A．MN对Q的弹力逐渐减小

B．Q所受的合力逐渐增大

C．地面对P的摩擦力逐渐增大D．P、Q间的弹力先减小后增大解析：考查力的平衡和受力分析．隔离Q

受力分析如图所示，MN1

2cos

θ对Q

的弹力F

＝mgtan

θ，P

对Q

的弹力F

＝

mg

，当MN

保持竖直并且缓慢地向右平移时，θ

角增大，所以F1、F2

都增大，故A、D

错，由于是缓慢移动，故Q

始终处于平衡状态，合力为零，

B

错；再将P

和Q

整体分析可知，地面对P的摩擦力的大小等于

MN

对Q

的弹力F1，故C

正确．答案：C2.如图所示，在一粗糙水平面上有两个质量分别为m1

和m2

的木块1

和2，中间用一原长为l、劲度系数为k

的轻弹簧连接起来，木块与地面间的动摩擦因数为

μ，现用一水平力向右拉木块

2，当两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是(

)1μA．l＋km

gμB．l＋k(m1＋m2)gk2μC．l＋

m

gD．lμ(

m1m2＋k

m1＋m2)g解析：木块

m1

做匀速直线运动满足条件：F

合＝0，研究木块m1，受力分析如图所示，则有：N＝m1g，μN＝kΔxk可求得弹簧伸长量Δx＝μm1g，k1从而求得在匀速运动时，两木块间距离为：l＋μm

g.答案：A3.如图所示，一辆汽车在平直公路上行驶，一个质量为3

kg、半径为R

的球，用长为R

的轻绳悬挂在车厢竖直的光滑的后壁上．汽车以

5.0

m/s2的加速度紧急刹车，球受到绳子的拉力

T和车厢后壁的支持力

N

分别是(g＝10

m/s2)(

)A．T＝20

3

N，N＝(10 3－15)

NB．T＝2G，N＝GC．T