高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則ppt
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,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.會(huì)使用彈簧測力計(jì).2.驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)的平行四邊形定則.,二、實(shí)驗(yàn)原理1.等效法:使一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn),所以一個(gè)力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力,作出力F′的圖示,如圖實(shí)-3-1所示.2.平行四邊形定則:根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示.3.驗(yàn)證:比較F和F′的大小和方向是否相同,若在誤差允許的范圍內(nèi)相同,則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則.,三、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙,彈簧測力計(jì)(兩只),橡皮條,細(xì)繩套(兩個(gè)),三角板,刻度尺,圖釘(幾個(gè)).四、實(shí)驗(yàn)操作1.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上.(2)用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套.,(3)用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長到某一位置O,如圖實(shí)-3-2所示,記錄兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向.,(4)只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向.(5)改變兩彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,再重做兩次實(shí)驗(yàn).,2.?dāng)?shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形,過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線,此對(duì)角線即為合力F的圖示.(2)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實(shí)驗(yàn)步驟(4)中彈簧測力計(jì)的拉力F′的圖示.(3)比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗(yàn)證平行四邊形定則.,五、注意事項(xiàng)1.同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計(jì)的選取方法是:將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉,若兩只彈簧測力計(jì)在對(duì)拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換,直至相同為止.2.在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時(shí),結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同.3.用兩只彈簧測力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角不宜太大也不宜太小,在60~100之間為宜.,4.實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)應(yīng)與木板平行,讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測力計(jì)的刻度,在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下,拉力的數(shù)值盡量大些.5.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向.不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn),去掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接,即可確定力的方向.6.在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些.,六、誤差分析1.彈簧測力計(jì)本身的誤差.2.讀數(shù)誤差和作圖誤差.3.兩分力F1、F2間的夾角θ越大,用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大.,[例1](2010天津高考)在探究求合力的方法時(shí),先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩.實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條.,(1)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中,下列哪些說法是正確的________(填字母代號(hào)).A.將橡皮條拉伸相同長度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置,(2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論,其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是________(填字母代號(hào)).A.兩細(xì)繩必須等長B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C.用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些,解析:(1)選項(xiàng)B、D能保證兩次拉伸橡皮條過程中效果相同,保證兩次的拉力是合力和分力關(guān)系.(2)平行四邊形是平面圖形,所以要探究平行四邊形定則,選項(xiàng)B是必須的.選項(xiàng)D能更方便地確定拉力的方向.,答案:(1)BD(2)BD,[例2]李明同學(xué)在做“互成角度的兩個(gè)力的合成”實(shí)驗(yàn)時(shí),利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O點(diǎn)以及兩只彈簧測力計(jì)拉力的大小,如圖實(shí)-3-3所示.,(1)試在圖(a)中作出無實(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示,并用F表示此力.(2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是________.A.兩彈簧測力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測力計(jì)的拉力是分力C.兩次拉橡皮筋時(shí),需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計(jì)拉力的效果相同D.若只增大某一只彈簧測力計(jì)的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測力計(jì)拉力的大小即可,(3)圖(b)所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果,其中哪一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)?(力F′是用一只彈簧測力計(jì)拉時(shí)的圖示)答:______________________________________________.(4)在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)中,造成誤差的主要原因是:(至少寫出兩種情況)答:_________________________________________________________________________________________________.,[解析](1)用平行四邊形定則作圖,即以F1、F2為兩鄰邊作平行四邊形,對(duì)角線OF就表示合力F.(標(biāo)上箭頭表明方向)(2)兩分力可以同時(shí)大于合力,故A正確;結(jié)點(diǎn)受三個(gè)力作用處于平衡狀態(tài),其中兩彈簧測力計(jì)的拉力的合力與第三個(gè)力——橡皮筋的拉力等大反向,是一對(duì)平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B錯(cuò);只有保證結(jié)點(diǎn)在同一位置才能說明作用效果相同,故C對(duì);若兩個(gè)分力的大小變化而方向都不變,則合力必定變化,故D錯(cuò).,(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對(duì)角線,單個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F′一定與橡皮筋共線,故張華的實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí).(4)F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左.作圖時(shí)兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行.,[答案](1)如圖實(shí)-3-4所示(2)AC(3)張華做的符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)(4)見解析,1.(2011懷柔區(qū)測試)在“探究力的等效和替代的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,橡皮條的一端固定在木板上,用兩個(gè)彈簧測力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一位置O點(diǎn),以下操作中正確的有(),A.同一次實(shí)驗(yàn)中,O點(diǎn)位置允許變動(dòng)B.實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計(jì)必須保持與木板平行,讀數(shù)時(shí)視線要正對(duì)彈簧測力計(jì)刻度C.實(shí)驗(yàn)中,先將其中一個(gè)彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計(jì)的拉力的大小和方向,把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)D.實(shí)驗(yàn)中,把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時(shí),兩彈簧測力計(jì)之間的夾角應(yīng)取90不變,以便于算出合力的大小,解析:實(shí)驗(yàn)中合力的大小須保持不變,即O點(diǎn)位置不允許變動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;選項(xiàng)C中的操作,可能會(huì)超過另一彈簧測力計(jì)的彈性限度,因而錯(cuò)誤;本實(shí)驗(yàn)是在力的作用效果相同下,兩彈簧測力計(jì)之間的夾角是任意夾角時(shí),通過彈簧測力計(jì)示數(shù)獲得合力而非通過平行四邊形定則計(jì)算,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.,答案:B,2.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況如圖實(shí)-3-5甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)線的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩.圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖.,下列說法中正確的是.A.圖乙中的F是F1和F2合力的理論值;F′是力F1和F2合力的實(shí)際測量值B.圖乙中的F′是F1和F2合力的理論值;F是力F1和F2合力的實(shí)際測量值C.在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩也換成橡皮筋,那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響D.在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩也換成橡皮筋,那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響,解析:由圖可知,F(xiàn)是用平行四邊形定則畫出來的,故F是F1和F2的理論值;F′是力F1和F2合力的實(shí)際測量值,A正確;在實(shí)驗(yàn)中,如果將細(xì)繩也換成橡皮筋,那么彈簧測力計(jì)的讀數(shù)仍然等于分力F1和F2的大小,所以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響,C正確.,答案:AC,3.某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí),主要步驟是: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(diǎn),在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套;C.用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記錄下O點(diǎn)的位置,讀出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù);,D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則作出合力F;E.只用一只彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個(gè)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(jié)論.,上述步驟中:(1)有重要遺漏的步驟的序號(hào)是________和________;(2)遺漏的內(nèi)容分別是_____________________________和______________________________.,解析:根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程可知,有重要遺漏的步驟的序號(hào)是C、E.在C中未記下兩條細(xì)繩的方向,E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O.,答案:(1)CE(2)C中未記下兩條細(xì)繩的方向E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O,4.有同學(xué)利用如圖實(shí)-3-6所示的裝置來驗(yàn)證力的平行四邊形定則:在豎直木板上鋪有白紙,固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B,將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O,每個(gè)鉤碼的重量相等,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí),根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力TOA、TOB和TOC,回答下列問題:,(1)改變鉤碼個(gè)數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?A.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=2,N3=4B.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N3=3,N2=4C.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=N3=4D.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=3,N2=4,N3=5,(2)在拆下鉤碼和繩子前,最重要的一個(gè)步驟是.A.標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置,并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向B.量出OA、OB、OC三段繩子的長度C.用量角器量出三段繩子之間的夾角D.用天平測出鉤碼的質(zhì)量,(3)在作圖時(shí),你認(rèn)為圖實(shí)-3-7中________是正確的.(填“甲”或“乙”),解析:(1)實(shí)驗(yàn)中的分力與合力的關(guān)系必須滿足:|F1-F2|<F3<F1+F2,因此B、C、D選項(xiàng)是可以的.(2)A(3)甲,答案:(1)BCD(2)A(3)甲,5.(2011廣州綜合測試)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中(1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下,請(qǐng)完成有關(guān)內(nèi)容:A.將一根橡皮筋的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上,另一端綁上兩根細(xì)線.B.在其中一根細(xì)線上掛上5個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼,使橡皮筋拉伸,如圖實(shí)-3-8(a)所示,記錄:________、______________、_______________.,C.將步驟B中的鉤碼取下,分別在兩根細(xì)線上掛上4個(gè)和3個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼,用兩光滑硬棒B、C使兩細(xì)線互成角度,如圖(b)所示,小心調(diào)整B、C的位置,使________________,記錄________________.,答案:(1)B.鉤碼個(gè)數(shù)(或細(xì)線的拉力)橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置O細(xì)線的方向C.橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)的位置重合鉤碼個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的細(xì)線方向(2)3/4,6.請(qǐng)完成以下兩小題.某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證平行四邊形定則,他找到三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個(gè)釘子A、B上,另一端與第三條橡皮筋連接,結(jié)點(diǎn)為O,將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物.,(1)為完成該實(shí)驗(yàn),下述操作中必需的是________.a(chǎn).測量細(xì)繩的長度b.測量橡皮筋的原長c.測量懸掛重物后橡皮筋的長度d.記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置(2)釘子位置固定,欲利用現(xiàn)有器材,改變條件再次驗(yàn)證,可采用的方法是____________________________________________________________________________________.,解析:(1)本實(shí)驗(yàn)中,重物對(duì)O點(diǎn)的拉力產(chǎn)生使AO、BO伸長的作用效果,即重物對(duì)O點(diǎn)的拉力是合力,拉AO、BO的力是兩個(gè)分力.要完成實(shí)驗(yàn),需記錄合力和分力的大小和方向.因此,需測量橡皮筋的原長和懸掛重物后橡皮筋的長度,以記錄力的大小;由于釘子A、B固定,所以當(dāng)記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置后,力的方向就是AO、BO的方向.選項(xiàng)b、c、d正確.(2)更換重物后,合力和分力都改變,可以再次實(shí)驗(yàn).,答案:(1)bcd(2)更換不同的重物,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 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