2022版高考物理（浙江版）总复习文档：实验2　探究求合力的方法 WORD版含答案.docx

1、实验2探究求合力的方法一、实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F产生相同的作用效果,F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F在实验误差允许范围内是否相同。二、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,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为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即合力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。三、注意事项1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计调零后

2、互钩对拉,读数相同。2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点O的位置一定要相同。3.用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60100为宜。4.实验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。5.细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,移开细绳套后,再将所标点与O点连接,即可确定力的方向。6.在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍长一些。四、误差分析1.弹簧测力计本身的误差。2.读数

3、误差和作图误差。3.两分力F1、F2间的夹角越大,用平行四边形定则作图得出的合力F的误差F也越大。考点一实验原理与实验操作用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)。例1(2020浙江桐乡凤鸣高级中学月考)在“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验中,某同学按照如下步骤进行操作:a.在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;b.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳形成结点,细绳的另

4、一端系着绳套;c.如图甲,用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使结点到达某一位置O,记录结点位置和两个弹簧测力计的示数、两条细绳的方向;d.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,画出它们所夹的对角线F;e.只用一个弹簧测力计通过绳套拉橡皮条,把结点拉到同一位置O,读出弹簧测力计的示数并记录细绳的方向,并按同一标度作出这个力F的图示;f.比较F和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。(1)本实验中步骤c和e两次拉橡皮条的过程,主要体现了下列哪种科学方法。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

5、(2)(多选)下列操作有利于减小实验误差的是(填字母代号)。A.实验前将两个弹簧测力计调零后水平互钩对拉,选择两个读数相同的弹簧测力计B.拴在橡皮条上的两条细绳必须等长,并且要尽量长一些C.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行D.用两个弹簧测力计同时拉橡皮条时,两个弹簧测力计的示数之差应尽可能大E.在记录力的方向时,标记同一细绳方向的两点要远些(3)图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示,如果没有操作失误,图乙中的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是。答案(1)B(2)ACE(3)F解析(1)本实验中,一个弹簧测力计的作用效果跟两个弹簧测力计共同作用的效果相同,是典型的等效替代

6、。(2)细绳长些有利于标定力的方向,但不必等长,故B项错误;为减小读数误差,弹簧测力计的示数可适当大些,而非示数之差较大,故D项错误。(3)由二力平衡条件易知F沿AO方向。针对训练1(2020浙江温州适应性测试)在“探究求合力的方法”的实验中:已有实验器材:木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔,图甲所示的器材中还需要选取;甲某实验室老师提供的橡皮筋和细绳套如图乙所示,在实验过程中需要记录的“结点”应该选择(选填“O点”或“O点”);乙关于此实验的操作,说法正确的是;A.b、c两细绳套应适当长一些B.实验过程中,弹簧测力计外壳不能与木板有接触C.重复实验再次探究时,“结点”的位置可以与前一次不

7、同D.只有一个弹簧测力计也可以完成此实验答案ACO点ACD解析在“探究求合力的方法”的实验中需要刻度尺测量长度,弹簧测力计测量橡皮筋拉力,故选A、C;实验通过O点的位置体现合力的方向;b、c两细绳套应适当长一些可以减小实验的误差,故A正确;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、橡皮筋都应与木板平行,故B错误;合力与分力的关系为等效替代的关系,效果是相同的,所以在同一次实验时,需要让两次作用效果相同,则必定结点O的位置要相同,而在重复实验再次进行探究时,结点O的位置可以与前一次不同,故C正确;如果只有一个弹簧测力计,可以先将结点拉到某个位置,记下两

8、个拉力的方向,读出一个读数,然后拆开仪器重做,再拉到原位后读数,故D正确。考点二数据处理与误差分析例2将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,当把橡皮条与细绳的结点拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示,这时弹簧测力计的读数可从图中读出。甲 乙(1)由图甲可读出两个相互垂直的弹簧测力计的拉力的大小分别为N和N。(2)在如图乙所示的方格纸,按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。(3)图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果,其中图符合实际,若合力测量值F是准确的,则F与F有误差的原因可能

9、是。答案(1)2.54.0(或4.02.5)(2)见解析图(3)b见解析解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,所以读数分别为2.5 N和4.0 N。(2)取一个小方格的边长表示0.50 N,作出两个力及它们的合力如图所示。(3)F是用一个弹簧测力计拉橡皮条得到的,其方向一定在橡皮条所在直线上,所以b图符合实际。产生误差的原因主要有弹簧测力计读数偏差,分力方向确定不够准确等。针对训练2(1)在“探究求合力的方法”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上的A点,另一端系两个细绳套。实验中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,使橡皮条与绳的结点伸长到纸面上某一位置O,如图

10、甲所示。是接下来的实验步骤,请将横线上的内容补充完整:用铅笔描下结点位置,记为O;记录两个弹簧测力计的示数F1、F2和两个细绳套的方向;只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条与绳的结点仍拉到位置O,记录弹簧测力计的示数F和细绳套的方向;按照力的图示要求,作出拉力F1、F2、F;根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F;通过比较F和的大小和方向,即可得出结论。甲乙(2)为什么两次拉橡皮条要将结点拉到同一位置?。(3)在图乙所示的正方形方格纸上按作图法的要求作出F1和F2的合力F,若选定相邻两个小方格边长的长度表示大小为1 N的力,则F=N。答案(1)F(2)两次将结点拉到同一位置,是为了使橡

11、皮条产生形变的大小和方向相同,即合力和分力的作用效果相同(3)图见解析2.5解析(1)通过对根据力的平行四边形定则合成的合力F与用一个弹簧测力计把橡皮条的结点拉到位置O时所用的力F作比较,即可得出实验结论。(2)本实验应用等效替代的方法,即两次将结点拉到同一位置,从而使橡皮条产生形变量的大小和方向相同,即合力和分力的作用效果相同。(3)根据力的平行四边形定则画出合力,然后根据题目给的“每相邻两个小方格边长的长度代表1 N”来算出合力的大小,则F=2.5 N。1.(2020浙江绍兴高三选考)(1)在“探究求合力的方法”实验中,下列实验器材需要用到的是。(2)某次实验时两个分力大小分别为2.00

12、N和1.50 N,夹角为锐角,合力的读数为如图所示中的一个,你认为合力大小可能为N。答案(1)AD(2)3.00解析(1)探究求合力的方法实验中,由于需要测量力的大小,故需要用到弹簧测力计;还需要画出力的方向、作平行四边形,故需要用到三角板,故选A、D。(2)当两分力的夹角为90时,合力大小为2.5 N,故当两分力夹角为锐角时,合力必定大于2.5 N,由题图可知,合力的可能值为3.00 N。2.某物理兴趣小组的同学现利用如图(a)所示的装置来做“探究求合力的方法”实验,其中OB为橡皮筋。(1)某次实验中一弹簧测力计的指针位置如图(b)所示,可知拉力的大小为N。图(c)(2)甲同学第二次需用两个

13、弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,他认为在此过程中必须注意以下几项,其中正确的是。A.两根细绳必须等长B.使橡皮筋拉到与第一次相同的位置C.橡皮筋应在两绳夹角的平分线上D.两个弹簧测力计的拉力必须等大(3)图(c)所示是甲、乙两位同学在做本实验时得到的结果,其中F为只用一个弹簧测力计拉橡皮筋时所受到的拉力,则其中(选填“甲”或“乙”)同学测得的实验结果比较符合实验事实。答案(1)3.00(2)B(3)甲解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N,则拉力的大小为3.00 N;(2)两根细绳没必要必须等长,选项A错误;为保证等效性,则必须使橡皮筋拉到与第一次相同的位置,选项B正确;橡皮筋

14、没必要在两绳夹角的平分线上,选项C错误;两个弹簧测力计的拉力没必要必须等大,选项D错误。(3)因为只用一个弹簧测力计拉橡皮筋时所受到的拉力F的方向应该在橡皮筋的延长线上,而F应该是用两个弹簧测力计拉橡皮筋时用平行四边形法则作出的合力,则甲同学测得的实验结果比较符合实验事实。3.在“探究求合力的方法”实验中,某同学用两个弹簧测力计将橡皮筋的端点拉到点O,作出这两个拉力F1、F2的图示(图甲),然后用一个弹簧测力计将橡皮筋的端点仍然拉到O,弹簧测力计示数F如图乙所示。甲乙(1)弹簧测力计的示数F=N;(2)请帮他在图甲中画出力F的图示(图中a为记录F方向时所记录的一点);(3)该同学用虚线把F的箭

15、头末端分别与F1、F2的箭头末端连起来。他观察图形后受到了启发。你认为他紧接着应进行的两个实验步骤是。A.整理实验器材B.提出求合力方法的猜想C.改变F1、F2的大小和方向,重复上述实验D.与同学交流讨论实验结果,得出结论答案见解析解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.2 N,可知弹簧测力计的示数F=2.8 N。(2)根据图示法作出F的图示,如图所示。(3)用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连起来。观察图形后受到了启发。提出求合力方法的猜想,然后改变F1、F2的大小和方向,重复上述实验,故B、C正确。4.(2020浙江绍兴一中高一月考)在“探究求合力的方法”的实验中:(1)已有实验器

16、材:木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮筋、铅笔,图甲所示的器材中还需要选取;甲(2)本实验需要用到带细绳套的橡皮筋,图乙中最合适的是;(3)某次用弹簧测力计拉橡皮筋时弹簧测力计的指针位置如图丙所示,弹簧测力计示数为N;(4)下列有关该实验的说法中,正确的是。A.用两把弹簧测力计和用一把弹簧测力计拉时应将橡皮筋结点拉至同一位置B.两分力的夹角越大越好C.弹簧测力计拉伸时应保持和木板平行D.本实验应作出力的示意图来探究合力与分力的关系答案(1)AC(2)C(3)2.62(4)AC解析(1)图甲所示的器材中还需要选取测量长度需要的刻度尺和测量力的大小所用的弹簧测力计,故B、D错误,A、C正确。(2)为了

17、方便标识拉力的方向,细绳套应该长一些,故A、B错误,C正确。(3)由图示弹簧测力计可知,其分度值为0.1 N,示数为2.62 N。(4)为了保证效果相同,两次拉的过程中,结点O的位置必须相同,故A正确;用弹簧测力计同时拉细绳时,夹角不能太大,也不能太小,有利于作图即可,故B错误;在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面要平行,故C正确;本实验应作出力的图示来探究合力与分力的关系,故D错误。5.某同学做“探究求合力的方法”实验,如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误,图乙中的力F与F中,方向

18、一定沿AO方向的是。(2)某同学认为实验中必须注意下列要求,其中正确的是。(填选项前的字母)A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要使弹簧测力计与木板平面平行D.细绳要适当长些(3)实验中两个操作步骤如下:在水平放置的木板上垫一张白纸并固定好,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细绳,通过细绳同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与细绳的结点达到某一位置O点,在白纸上记下O点和两个弹簧测力计的读数,并记下两细绳的方向;只用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条,使橡皮条的伸长量与用两个弹簧测力计拉时的伸长量相同,记下此时弹簧测力计的读数和细绳

19、的方向。其中有错误的步骤是,正确操作应是。答案(1)F(2)CD(3)将橡皮条与细绳结点拉到O点解析(1)F是只用一个弹簧测力计把橡皮条的结点拉到位置O的力,故F必沿AO方向。(2)细绳的作用是显示出力的方向,不必等长,A错误;只要确保用一个弹簧测力计拉时能将结点拉到同一位置即可,橡皮条不一定要在两绳夹角的平分线上,B错误;在拉弹簧测力计时要求弹簧测力计与木板平面平行,使结点受到的力在与木板平行的同一平面内,C正确;为了便于记录力的方向,并减小偶然误差,拉橡皮条的细绳要适当长些,使标记细绳方向的两点远些,D正确。(3)实验用到了等效法,用两个弹簧测力计拉橡皮条应与用一个弹簧测力计拉的效果相同,

20、故错误的步骤是,正确操作应是将橡皮条与细绳的结点拉到O点。6.一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶时电子秤的示数F。(2)如图(b),将三根细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的位置、和电子秤的示数F1。(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上的某点,并将细线L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)在白纸上按一定

21、标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示,若,则平行四边形定则得到验证。答案(1)静止(2)三根细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F在实验误差允许范围内重合解析(1)要测量装满水的水壶的重力,则应记下水壶静止时电子秤的示数F。(2)要画出力的平行四边形,则需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O的位置的同时,也要记录三根细线的方向以及电子秤的示数F1。(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O的位置不能变化,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)根据

22、平行四边形定则作出F1、F2的合力F的图示,若F和F在实验误差范围内重合,则平行四边形定则得到验证。7.(2020浙江嘉兴模拟)以下是某实验小组探究求合力的方法的实验过程。(1)首先进行如下操作:如图甲,轻质小圆环挂在橡皮条的一端,另一端固定,橡皮条的长度为GE;如图乙,用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环在拉力F1、F2的共同作用下,位于O点,橡皮条伸长的长度为EO;撤去F1、F2,改用一个力F单独拉住小圆环,仍使其位于O点,如图丙。同学们发现,力F单独作用,与F1、F2共同作用的效果是一样的,都使小圆环保持静止,由于两次橡皮条伸长的长度相同,即,所以F等于F1、F2的合力。(2)然

23、后实验小组探究了合力F与分力F1、F2的关系:由纸上O点出发,用力的图示法画出拉力F1、F2和F(三个力的方向沿各自拉线的方向,三个力大小由弹簧测力计读出);用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,如图丁,得到的启示是;多次改变拉力F1、F2的大小和方向,重做上述实验,通过画各力的图示,进一步检验所围成的图形。实验小组发现:在两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向,这个规律叫做,上述实验中,如果把图乙和图丙的操作顺序对调,即先用拉力F将圆环拉到O点,再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果,则F1和F2就是F的,此实验

24、可以探究规律。答案(1)橡皮条对小圆环的拉力相同(2)见解析解析(1)两次橡皮条伸长的长度相等,即两次橡皮条对小圆环的拉力相同,说明单个力F的作用效果跟F1、F2共同作用的效果相同;(2)用虚线将拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,得到的力的图示的图形为平行四边形,F1和F2为邻边,F为与F1和F2共顶点的对角线长度;多次改变拉力F1、F2的大小和方向,重做上述实验,在两个力合成时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向,这个规律叫做平行四边形定则;如果把图乙和图丙的操作顺序对调,即先用拉力F将圆环拉到O点,再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果,则F1和F2就是F的分力,此实验可以探究力的分解规律。