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第1讲 力学实验与创新
高考题型1 验证力的平行四边形定则
1.本实验考查的重点是“力的作用效果的等效性”.
2.对实验步骤中两个分力和合力的大小和方向的确定也是考查的重点.
3.本实验中,由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F′一般不会完全重合,只要在误差范围内F与F′重合,即可验证力的平行四边形定则.
例1 (2018·徐州市期中)某同学为了“验证力的平行四边形定则”,准备了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、铅笔、细绳套、白纸、钉子等器材.操作步骤如下:
a.把三根橡皮筋的一端系在一起,另一端分别系一个细绳套;
b.将白纸固定在木板上,在木板上钉两个钉子,将任意两个橡皮筋上的绳套分别套在两钉子上;
c.立起木板,将重物挂在剩下的一个绳套上,如图1甲所示;
d.记录下三根橡皮筋的长度和橡皮筋结点的位置O及每个细绳套的方向;
e.取下白纸,以橡皮筋的伸长量作为拉力大小,画出受力图,验证力的平行四边形定则;
f.换用不同的重物重复实验.
图1
(1)此实验还需________;
A.测量重物的质量
B.记录下两个钉子的位置
C.测量橡皮筋的原长
(2)某次实验,测得三根橡皮筋的伸长量及方向.把橡皮筋的伸长量作为拉力大小,作出力的图示,如图乙所示,请任选两个力,根据平行四边形定则作出合力;
(3)在(2)问作出的图中,根据________可以说明力的合成满足平行四边形定则.
(4)如果换用不同的重物再次重复该实验,________(填“需要”或“不需要”)改变钉子的位置,使橡皮筋的结点回到原来的O点.
答案 (1)C (2)见解析图 (3)由平行四边形作出的对角线与第三条橡皮筋的伸长量大小基本相等,方向差不多都在竖直方向上 (4)不需要
解析 (1)题述步骤中已经记录了每条细绳套的方向,不需要记录两个钉子的位置,B错误;本实验以橡皮筋的伸长量来作平行四边形,步骤d中测量了橡皮筋悬挂重物后的长度,要计算伸长量,需要测量橡皮筋的原长,不需要测量重物的质量,A错误,C正确.[来源:学科网]
(2)如图,以其中两个橡皮筋的伸长量为邻边作平行四边形,平行四边形的对角线为合力的理论值;
(3)由平行四边形作出的对角线与第三条橡皮筋的伸长量大小基本相等,方向差不多都在竖直方向上即验证了力的合成满足平行四边形定则;
(4)当换用不同的重物再次重复该实验,不需要改变钉子的位置,也不需要使结点回到原来的位置.
拓展训练1 如图2为“验证力的平行四边形定则”实验装置图,其中AO为橡皮筋,A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB、OC为细绳.
图2
(1)关于此实验,下列说法正确的是________.
A.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置
B.橡皮筋及细绳要与板平行
C.实验中每次都需把O点拉到同一位置
D.橡皮筋AO换成细绳,实验效果会更好
(2)某同学已在坐标纸中画出两弹簧测力计拉力的图示如图3,已知方格每边长长度表示2.0 N,则由图可得出合力的大小为________ N.
图3
答案 (1)BC (2)12.0
拓展训练2 某同学为了“验证力的平行四边形定则”,先用一个弹簧秤通过细绳悬吊一个钩码;当钩码静止时,弹簧秤的示数为2.00 N;再用两个弹簧秤a和b通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊,其中b弹簧秤一端固定,a弹簧秤所拉细绳如图4甲所示水平向左,当钩码静止时,b弹簧秤的示数如图乙所示.
图4
(1)图乙中b弹簧秤的示数为________ N;可求出a弹簧秤的拉力为________ N;
(2)保持a弹簧秤及其所拉的细绳方向不变,将b及其所拉的细绳以O为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转至竖直方向的过程中,b的示数________.(选填“变大”“变小”或“不变”)
答案 (1)2.50(2.49~2.51) 1.50(1.49~1.51)
(2)变小
解析 (1)依据仪器的读数规则,由准确数字和估计数字组成,则b弹簧秤的示数为2.50 N;a弹簧秤的拉力为Fa= N=1.50 N
(2)根据三力平衡特点,利用图解法可知b的示数变小,如图:
高考题型2 纸带类实验
1.四个涉及打点计时器的实验:
(1)速度随时间变化的规律.[来源:学科网ZXXK]
(2)加速度与物体质量、物体受力的关系.
(3)探究动能定理.
(4)验证机械能守恒定律.
2.纸带常有以下三大应用:
(1)由纸带确定时间
要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点,每五个点取一个计数点,时间间隔为Δt=0.02×5 s=0.1 s.
(2)求解瞬时速度
利用做匀变速直线运动的物体在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度.如图5所示,打n点时的瞬时速度vn=
图5
(3)由纸带求做匀变速直线运动的物体的加速度
①逐差法:如图6所示的