浙江省2021版高考物理一轮复习实验微讲座1力学实验一实验二探究求合力的方法教案 1 10页

实验二　探究求合力的方法 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，使橡皮条伸长到某一位置O.用铅笔描下O点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数．注意在使用弹簧测力计的时候，要使它的弹簧与木板平面平行．‎ ‎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F′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，‎ 10‎ 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．使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处．再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数相同方可使用．‎ ‎2．实验中的两个细绳套不要太短．‎ ‎3．在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．‎ ‎4．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．‎ ‎5．在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向．弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内．要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦．‎ ‎6．在同一实验中，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．‎ 七、误差分析 ‎1．弹簧测力计本身不够准确造成系统误差．‎ ‎2．弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差．‎ ‎　对实验原理和操作的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　(2020·湖州调研)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，下列说法正确的是________(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 10‎ ‎(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．‎ ‎(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．‎ ‎(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 ‎　如图是“探究求合力的方法”的实验示意图．图甲表示在两个拉力F1、F2的共同作用下，将橡皮条的结点拉长到O点；图乙表示准备用一个拉力F拉橡皮条．下列说法正确的是(　　)‎ A．甲中两个拉力的大小应相等 B．甲中两个拉力的方向应互相垂直 C．乙中只需使橡皮条的伸长量与甲中相等 D．乙中仍需将橡皮条的结点拉到O点 解析：选D.甲中两个拉力的大小不一定相等，‎ 10‎ 选项A错误；甲中两个拉力的方向不一定互相垂直，选项B错误；乙中仍需将橡皮条的结点拉到O点，仅伸长量与甲中相等不能满足要求，选项C错误，选项D正确．‎ ‎　对实验数据处理的考查 ‎【典题例析】‎ ‎　(2020·舟山质检)橡皮条的一端固定在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．当橡皮条的活动端拉到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．(要求读到0.1 N)‎ ‎(2)在图中的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．‎ ‎[解析]　读弹簧测力计示数时，应注意先找零刻度线，尤其是竖直放置的那个弹簧测力计，它的读数是2.5 N(而不是3.5 N)，水平放置的弹簧测力计读数是4.0 N.‎ ‎[答案]　(1)4.0　2.5(或2.5　4.0)‎ ‎(2)如图所示(合理即可)‎ ‎　(2020·浙江名校联考)小明通过实验验证力的平行四边形定则．‎ ‎(1)实验记录纸如图甲所示，O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力 F1和 F2 的方向分别过 P1 和 P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力 F3 的方向过 P3 点．三个力的大小分别为：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和 F3＝4.25 N．请根据图中给出的标度作图求出 F1和F2的合力．‎ 10‎ ‎(2)仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果．他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度， 发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响．实验装置如图乙所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于 O 点，下端 N 挂一重物．用与白纸平行的水平力缓慢地拉动 N，在白纸上记录下N 的轨迹．重复上述过程，再次记录下 N 的轨迹．‎ 两次实验记录的轨迹如图丙所示. 过 O 点作一条直线与轨迹交于 a、b 两点， 则实验中橡皮筋分别被拉伸到 a 和 b 时所受水平拉力 Fa、Fb 的大小关系为____________. ‎ ‎(3)根据(2)中的实验，可以得出的实验结果有________. (选填选项前的字母) ‎ A．橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B．两次受到的拉力相同时，橡皮筋第 2 次的长度较长 C．两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第 2 次受到的拉力较大 D．两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大 ‎(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项．‎ 解析：(1)作出的图示如图1所示．‎ ‎　‎ ‎(2)重物受力情况如图2所示，由于重力不变，两次实验时，橡皮筋拉力FT的方向相同，故水平拉力F大小相等，即Fa＝Fb.‎ 10‎ ‎(3)根据题图丙可知，选项B、D正确，A、C错误．‎ ‎(4)橡皮筋拉伸不宜过长，选用新橡皮筋等可减小误差．‎ 答案：(1)见解析图(F合＝4.60～4.90 N都算对)‎ ‎(2)Fa＝Fb　(3)BD　(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的弹簧)‎ ‎1．(2020·宁波高二期中)小丽用如图所示的装置“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：‎ ‎(1)如图甲所示，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；‎ ‎(2)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)；‎ ‎(3)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′；‎ ‎(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示；‎ ‎(5)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′，如图所示．‎ 答案：(2)方向　11.40　(3)见解析图 ‎2．某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A 10‎ 挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．‎ ‎(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________ N.‎ ‎(2)下列不必要的实验要求是________．(请填写选项前对应的字母)‎ A．应测量重物M所受的重力 B．弹簧测力计应在使用前校零 C．拉线方向应与木板平面平行 D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 ‎(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________.‎ 解析：(1)由题图知，弹簧测力计A的分度值为0.2 N，读数为3.6 N.‎ ‎(2)验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D错；M的重力即合力，A对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B对；拉线与木板平行才能保证力在平行于木板平面的同一平面内，C对．‎ ‎(3)对O点受力分析如图所示，可见若要减小FOA可通过调节FOB的大小或方向，或减小物重G等．‎ 答案：(1)3.6　(2)D　(3)①减小弹簧测力计B的拉力；②减小重物M的质量(或改变弹簧测力计B拉力的方向等)‎ 10‎ ‎3．(2020·舟山质检)有同学利用如图所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：‎ ‎(1)改变钩码个数，实验能完成的是________．‎ A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4‎ B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4‎ C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4‎ D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5‎ ‎(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，你认为图中________是正确的(选填“甲”或“乙”)．‎ 解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|