专题2.7 实验：验证力的平行四边形定则-2021年高考物理一轮复习考点扫描

2021年一轮考点扫描微专题 专题2.7 实验：验证力的平行四边形定则 目录 【考点扫描】 1 一　实验原理与操作 1 二　数据处理与误差分析 1 三　实验拓展与创新 2 【典例分析】 2 【专题精练】 7 【考点扫描】 一　实验原理与操作 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． 本实验的依据是合力与分力的等效性，在操作时要记住“三注意”和“七记录” 1．注意两次结点O的位置必须相同． 2．实验中的两个细绳套不要太短． 3．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． 4．两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向和结点O的位置(五记录) 5．一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向(二记录) 二　数据处理与误差分析 1．本实验用作图法处理数据，要注意三个力的图示必须用同一标度，要选取合适的标度，使力的图示在坐标纸中的比例尽量大些． 2．根据二力平衡条件，实验得到的合力F′一定与橡皮筋在一条线上，用平行四边形定则作出的合力F由于实验误差偏离此直线，可应用平行四边形图示法分析误差产生的原因 三　实验拓展与创新 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 与方法的创新 1.通过应用定滑轮，改变拉力的方向 2.钩码的总重力即为对应细绳拉力大小 1.电子秤代替弹簧秤，可以直接读出力的大小 2.同一电子秤应用于(a)、(b)、(c)三个图中，可测得三根细线中拉力的大小 实验 原理 的创新 1.将橡皮筋和弹簧秤的实验角色互换 2．秤钩上涂抹少许润滑油，保证了橡皮筋两侧弹力大小相同，与两侧橡皮筋长度大小无关 实验原理 与方法 的创新 1.用DIS实验装置研究支架上力的分解 2．利用两个相同的双向力传感器测量力 【典例分析】 【例1】某同学用钩码和弹簧测力计做“验证力的平行四边形定则”实验． (1)请将实验内容补充完整： A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，在另一端绑上两根系有细绳套的细线． B．其中一根细线挂上5个质量相等的钩码(每个钩码质量均为50 g)，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录________、结点的位置O和细线方向． C．将图甲中钩码取下一个，并将细线用一光滑铁钉B(可随时固定)支开，在另一细线上挂上弹簧测力计，使两细线成一定角度，拉弹簧测力计，如图乙所示，图中α、β可测定，当＝时，橡皮筋正好位于竖直方向且橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时弹簧测力计的示数应为________N(当地重力加速度g＝10 m/s2)．　 (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 【答案】　(1)钩码的个数(细线上的拉力)　1.5　(2)B 【解析】(1)由实验原理可知本实验利用等效替代法来验证“力的平行四边形定则”，图甲中钩码的重力即合力大小，细线方向即合力方向，所以应记录钩码的个数(细线上的拉力)、结点O的位置和细线方向，在用钩码和弹簧测力计一起拉橡皮筋时，一定要将橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点的位置O重合，此时应记录钩码个数、弹簧测力计示数及对应的细线方向，分析图乙中结点的受力情况可得水平方向有4mgcos α＝Fcos β，代入数据得弹簧测力计的示数应为F＝3mg＝1.5 N. (2)由(1)知是等效替代法． 【规律总结】本实验的依据是合力与分力的等效性，在操作时要记住“三注意”和“七记录” 1．注意两次结点O的位置必须相同． 2．实验中的两个细绳套不要太短． 3．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． 4．两个弹簧测力计拉橡皮条时，记录两弹簧测力计示数、两绳方向和结点O的位置(五记录) 5．一个弹簧测力计拉橡皮条时，记录弹簧测力计示数和细绳方向(二记录) 【例2】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． (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