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高中物理 第三章 相互作用 實驗:探究求合力的方法期中復習練習 新人教版必修1

來源:互聯網 由 吉學成 貢獻 責任編輯:魯倩  
實驗:探究求合力的方法

高考頻度:★★★☆☆難易程度:★★☆☆☆

在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,某同學按照如下步驟進行操作:

a.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上;

b.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點,在橡皮條的另一端檢上兩條細繩形成結點,細繩的另一端系著繩套;

c.如圖甲,用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使結點到達某一位置O,記錄結點位置和兩個彈賛測力計的示數、兩根細繩的方向;

d.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,畫出它們所夾的對角線;學/

e.只用一個彈簧測力計通過細繩套拉橡皮條,;并按同一標度作出這個力F的圖示;

f.比較F 和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結論。

(1)把步驟e中的內容補充完整_____________。

(2)本實驗中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程,主要體現了下列哪種科學方法__________。

A.理想實驗法

B.等效替代法

C.控制變量法

D.建立物理模型法

(3)下列操作有利于減小實驗誤差的是_________ (填字母代號)。

A.實驗前將兩彈簧測力計調零后水平互鉤對拉,選擇兩個讀數相同的測力計

B.拴在橡皮條上的兩條細繩必須等長,并且要盡量長一些

C.彈簧測力計、細繩、橡皮條都應與木板平行

D.用兩彈賛測力計同時拉橡皮條時,兩彈簧測力計的示數之差應盡可能大

E.在記錄力的方向時,標記同一細繩方向的兩點要遠些

(4)圖乙是該同學在白紙上根據實驗數據用同一標度畫出的圖示,如果沒有操作失誤,圖乙

中的F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是_________。

(5)若小明和小剛兩位同學在家中想驗證力的平行四邊形定則,他們手中有一些彈性橡皮條(彈力滿足胡克定律,勁度系數為k)。如圖丙所示,他們將三根橡皮條的一端系在一起,另一端分別系上細線,仍保證橡皮條原長相同,測得原長L0=5.40 cm。接下來把貼有白紙的木板放在水平桌面上,兩人合作平行于紙面分別通過細線拉三根橡皮條至某一長度(在彈性限度內),保持狀態不變;如圖丁所示,記錄此時結點位置和三個橡皮條另一端的位置,量出三個端點到結點O的距離分別為L1=9.20 cm、L2=8.40 cm、L3=7.50 cm,請根據他們的實驗過程和記錄的數據作出驗證力的平行四邊形定則的圖示,并說明是如何驗證的。

【參考答案】(1)把橡皮條的結點拉到同一位置O,讀出彈簧測力計的示數,記下細繩的方向(2)B (3)ACE (4)F'(5)如圖所示,按比例作出平衡時三個橡皮條的拉力的圖示;分析說明:將任意一個力反向延長至等大,由平衡條件可知,這就是另外兩個力的合力;比較它與用平行四邊形定則作出的另外兩個力的合力的大小和方向,若近似相同即可驗證平行四邊形定則。

【試題解析】(1)把步驟e中的內容補充完整:把橡皮條的結點拉到同一位置O,讀出彈簧測力計的示數,記下細繩的方向;

(2)本實驗中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程,主要體現的科學方法是等效替代法,故選B;

(3)實驗前將兩彈簧測力計調零后水平互鉤對拉,選擇兩個讀數相同的測力計,這樣可減小實驗讀數的誤差,選項A正確;拴在橡皮條上的兩條細繩不一定必須等長,但要盡量長一些,

以便于記錄方向,選項B錯誤;彈簧測力計、細繩、橡皮條都應與木板平行,以減小實驗誤差,選項C正確;用兩彈賛測力計同時拉橡皮條時,兩彈簧測力計的示數之差不一定要盡可能大,選項D錯誤;在記錄力的方向時,標記同一細繩方向的兩點要遠些,以減小記錄方向時的誤差,選項E正確;故選ACE。

(4)圖乙中的F是理論值,F'是實際值,圖乙中的F與F'兩力中,方向一定沿AO方向的是F';

(5)如圖所示,按比例作出平衡時三個橡皮條的拉力的圖示;分析說明:將任意一個力反向延長至等大,由平衡條件可知,這就是另外兩個力的合力;比較它與用平行四邊形定則作出的另外兩個力的合力的大小和方向,若近似相同即可驗證平行四邊形定則。

【知識補給】

實驗注意事項

(1)實驗原理是平行四邊形定則,涉及力的測量,要謹記力是矢量,需要記錄的數據不僅有力的大小,還要通過兩點連線的方法得到力的方向。

(2)力的平行四邊形定則是對任意方向、任意大小的力都適用的,一般不需要使力滿足特定要求,但是為了測量方便,兩力的夾角和大小都應適當,不宜過大或過小。

(3)作圖時要注意圖中應有:單位力的長度;力的大小數值(和刻度);力的方向箭頭;力的符號;力實線和輔助虛線。xk-w

(4)本實驗除測量讀數、標記和作圖的誤差外,還有:力線不能嚴格在一平面內引起的誤差;彈簧和彈簧測力計外殼、彈簧測力計和紙面間的摩擦引起的誤差。針對前者,應盡量保證橡皮條、細繩、彈簧測力計軸線在同一平面內(與紙面平行);針對后者,應在不超過彈簧測力計量程的情況下,使拉力盡量大些。

(5)對于使用橡皮條(或彈簧等)進行的實驗,有些特別情況,要考慮因為超過彈性限度而使兩次實驗不等效。

在驗證平行四邊形定則的實驗中,用A、B兩個彈簧測力計拉橡皮條與細繩的結點,使其位于O處,兩細繩與橡皮條所在直線的夾角分別為α和β,且此時兩細繩垂直。現在保持A 的讀數不變,減小α,要使結點仍在O處,可采用的辦法是

A.增大B的讀數,同時減小β角

B.增大B的讀數,同時增大β角

C.減小B的讀數,同時減小β角

D.減小B的讀數,同時增大β角

某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖。

(1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F′兩力中,方向一定沿AO方向的是______。

(2)本實驗采用的科學方法是___________(填正確答案標號)。

A.理想實驗法

B.等效替代法

C.控制變量法

D.建立物理模型法

(3)下列說法正確的是_________(填正確答案標號)。

A.拉橡皮條的繩細一些且長一些

B.拉橡皮條時,彈簧秤、橡皮條、細繩應靠近木板且與木板面平行

C.同一次驗證過程中O點位置應相同

D.拉力F1和F2的夾角應該較小

(4)由于實驗室沒有細繩,在進行實驗時,圖甲中的OB和OC可以用橡皮條代替嗎?請說明理由: ________________________________________________________________________________ __________。

小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。

(1)實驗記錄紙如圖1所示,O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計共同作用時,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點;一個彈簧測力計拉橡皮筋時,拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為:F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。請根據圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力。

(2)仔細分析實驗,小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發生了變化,影響實驗結果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度,發現讀數不相同,于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。實驗裝置如圖2所示,將一張白紙固定在豎直放置的木板上,橡皮筋的上端固定于O點,下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N,在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程,再次記錄下N的軌跡。兩次實驗記錄的軌跡如圖3所示,過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點,則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力F a、

F b的大小關系為__________。

(3)根據(2)中的實驗,可以得出的實驗結果有哪些? ________(填寫選項前的字母)

A.橡皮筋的長度與受到的拉力成正比

B.兩次受到的拉力相同時,橡皮筋第2次的長度較長

C.兩次被拉伸到相同長度時,橡皮筋第2次受到的拉力較大

D.兩次受到的拉力相同時,拉力越大,橡皮筋兩次的長度之差越大

(4)根據小明的上述實驗探究,請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。

某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”實驗,將畫有坐標軸(橫軸為x軸,縱軸為y 軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示。將橡皮筋的一端Q固定在y 軸上的B點(位于圖示部分之外),另一端P位于y軸上的A點時,橡皮筋處于原長。

(1)用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O,此時拉力F的大小可由測

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