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1、 考点5实验:验证力的平行四边形定则 395考向1实验原理和仪器的读取1.2017全国,22,6分某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示1 mm)的纸贴在水平桌面上,如图(a)所示.将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于原长. 图(a)图(b)(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O,此时拉力F的大小可由测力计读出.测力计的示数如图(b)所示,F的大小为N.(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点;现使用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点.此时观察到两个
2、拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2 N和F2=5.6 N.(i)用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图(a)中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;(ii)F合的大小为N,F合与拉力F的夹角的正切值为.若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力的平行四边形定则.必备知识:测力计的读数规则、力的平行四边形定则等.关键能力:读数能力、作图能力.解题指导:测力计读数时要注意向后估读一位;利用平行四边形定则作图时要严谨、细致.考向2实验操作及方法创新2.江苏高考某同学用
3、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.必备知识:
4、测力计的读数规则及使用要求,共点力的平衡等.关键能力:读数能力、探究能力.解题指导:本题实验原理是利用三个共点力平衡特点,实验时不需要每次都使O点静止在同一位置.这个与教材中的实验原理和方法不同,但是只要善于运用所学知识和方法,就能解决此类问题.考法1 对实验原理的理解12016浙江高考,21,10分某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m.如图甲所示,用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验.在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下:图甲图乙(1)若弹簧秤a、b间夹角为90,弹簧秤a的读数是N(图乙中所示),则弹簧秤b的读数可能为N.
5、(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,则弹簧秤a的读数、弹簧秤b的读数(填“变大”“变小”或“不变”).(1)弹簧秤a的读数是3.00 N;弹簧OC的拉力F=kx=5001.0010-2 N=5.00 N,则弹簧秤b的读数可能为5.002-3.002 N=4.00 N.(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90,保持弹簧秤a与弹簧OC夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,由力的平行四边形定则和力的图示可知,弹簧秤a的读数变大,弹簧秤b的读数变大.(1)3.00(3.003.02)4.00(3.904.10)(2)变大 变大1. 2015山
6、东高考,21,10分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.如图甲所示,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0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:F/N00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找出中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O,橡皮筋的拉力记为F
7、OO.在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示.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)利用表中数据在图丙中画出F-l图线,根据图线求得l0=cm.(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为N.(3)在图丁中根据给出的标度,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.考法2 实验操作及误差分析22015安徽高考,21(),6分在“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
8、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:(1)用铅笔描下结点位置,记为O;(2)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;(3)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,;(4)按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F3; (5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;(6)比较的一致程度,若有较大差异,对其原因
9、进行分析,并作出相应的改进后再次进行实验.使一个力F3的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同,都是让同一条一端固定的橡皮条拉伸到某点,则力F3就是这两个力F1、F2的合力.作出力F3的图示,再根据力的平行四边形定则作出力 F1、F2的合力F的图示,若F和F3的大小和方向在误差允许范围内相同,则力的平行四边形定则得已验证.(3)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(6)F和F32.在做“互成角度的两个力的合成”实验中,弹簧秤只有一个,但是某同学仍完成了该实验,实验操作后得到的数据如图所示.(1)假如你是该同学,请完成下列实验中的操作步骤:在橡皮条的自由端拴一细
10、绳和弹簧秤,拉动橡皮条结点到O,记录O点的位置,记下弹簧秤的示数F1和方向,作出力的图示并记录细绳的方向;改变弹簧秤和细绳的方向,拉橡皮条的结点到位置O,使细绳在原来的方向上,弹簧秤在原来的方向上,并记录弹簧秤示数F2和方向,作出力的图示;单独用弹簧秤拉细橡皮条的结点到位置O,并记录,作出力的图示.(2)请在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理.3江苏高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=
11、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.图甲 (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移动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.图乙图丙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
12、时所受拉力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哪些(填写选项前的字母).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.(2)以重物为研究对象,进行受力分析.重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力,重物处于静止状态时的合力为零,因两次橡皮筋的拉力方向相同,故两次橡皮筋的拉力大小相等.(3)橡皮筋的形变量和所受到的力有关,选项A错误;从
13、题图上看,第二次运动轨迹远离O点,橡皮筋第2次的形变量大,B正确;橡皮筋两次被拉伸到相同长度,第二次对应的力小,选项C错误;拉力越大,由题图丙可得橡皮筋两次的长度差越大,故选项D正确.(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑有:橡皮筋不宜过长,O点应靠近木板边缘,所选标度不能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑有:拉力不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两次测量中力的作用效果相同的角度来考虑有:选用新的、弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻弹簧进行实验等.(1)如图所示(F合=4.64.9 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:
14、拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮筋;换用弹性好的弹簧.)3.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)和若干不同质量小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:如图所示,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 .考点5实验:验证力的平行四边形定则1.(1)4.0(2)(i)F1、F2和F合如图所示(ii)4.00.05解析:(1)由测力计的读数规则可知,读数为4.0 N.(2)(i)利用平行四边形定则作图.(ii)由图可知F合=4.0 N,从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线,顶点的横坐标对应长度为1 mm,顶点的纵坐标长度为20 mm,则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为0.05.2.(1)3.6
