實驗三 驗證力的平行四邊形定則.ppt

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實驗三驗證力的平行四邊形定則,【實驗目的】1．驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則．2．培養(yǎng)學生應(yīng)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力．【實驗原理】一個力F′的作用效果和兩個力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，所以力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示．再根據(jù)平行四,,抓綱扣本落實基礎(chǔ),邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，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，則說明互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則．【實驗器材】方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細芯鉛筆．【實驗過程】1．在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上．2．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系上細繩套．,3．用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點拉到某一位置O，如圖實Ⅲ－1所示．,4．用鉛筆描下O點的位置和兩條細繩的方向，讀出并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)．5．用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點沿兩條細繩的方向畫直線，按一定的標度作出兩個力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過O點的平行四邊形的對角線即為合力F.6．只用一個彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，讀出并記錄彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度用刻度尺從O點作出這個力F′的圖示．,7．比較F′與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等．8．改變F1和F2的大小和方向，再做兩次實驗．【誤差分析】1．彈簧測力計本身的誤差．2．讀數(shù)誤差和作圖誤差．3．兩個分力F1、F2間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大，所以實驗中不要把θ取得太大．,【注意事項】1．同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，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．在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O的位置一定要相同．3．用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60～100之間為宜．,4．讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦．5．細繩套應(yīng)適當長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細繩套的方向畫直線，應(yīng)在細繩套末端用鉛筆畫一個點，去掉細繩套后，再將所標點與O點連接，即可確定力的方向．6．在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些．,［例1］在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，其中的兩個實驗步驟分別是：A．在水平放置的方木板上固定一張白紙，用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上，另一端拴上兩條細繩，通過細繩同時用兩個彈簧測力計(彈簧測力計與方木板平面平行)互成角度拉橡皮條，使它與細繩的結(jié)點到達某一位置O點，在白紙上用鉛筆記下O點的位置和讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2.,,剖題探法突破考點,考點一,實驗的基本操作,B．只用一個彈簧測力計，通過細繩拉橡皮條，使它的伸長量與兩個彈簧測力計拉時相同，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F′和記下細繩的方向．(1)請指出以上兩個步驟中的錯誤或疏漏：A中是________________________________________；B中是________________________________________．(2)在某次實驗中，兩個彈簧測力計的拉力F1、F2已在圖實Ⅲ－2中畫出，圖中的方格每邊長度表示2N，O點是橡皮條的結(jié)點，請用兩個直角三角板嚴格作出合力F的圖示，并求出合力的大小為________N.,[解析](1)當用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條，使它與細繩的結(jié)點到達某一位置O點時，應(yīng)在白紙上用鉛筆記下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2及此時兩細繩套的方向．當只用一只彈簧測力計拉時，應(yīng)使結(jié)點拉到同樣的位置O，并記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向．(2)如圖所示：,[答案](1)未記下兩條細繩的方向應(yīng)將橡皮條與細繩的結(jié)點拉至原來的位置O點(2)如解析圖示14.2[特別提醒]對于驗證力的平行四邊形定則的實驗，要在熟悉實驗原理、掌握實驗過程的基礎(chǔ)上，理解并記憶相關(guān)的注意事項，否則就會出現(xiàn)錯誤．用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)時，重在規(guī)范作圖．,［例2］(2012浙江理綜)在“探究求合力的方法”實驗中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細繩套和一把彈簧測力計．(1)為完成實驗，某同學另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)，得到的實驗數(shù)據(jù)如下表：用作圖法求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m；,考點二,實驗原理的進一步理解及數(shù)據(jù)處理,(2)某次實驗中，彈簧測力計的指針位置如圖實Ⅲ－4所示，其讀數(shù)為__________N；同時利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50N，請畫出這兩個共點力的合力F合；(3)由圖得到F合＝________N.,[解析](1)描點用平滑曲線作圖如圖所示．,[答案](1)53(2)2.10作圖見解析(3)3.3[解題感悟]本實驗的實驗原理來源于課本，只是改變了部分實驗器材，只要能認真研讀本題中的實驗步驟和處理本實驗的基本方法，不難解答本題．,1．(2013廣州模擬)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩，細繩的另一端都有繩套(如圖實Ⅲ－5所示)．實驗中需用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.,,達標訓練技能過關(guān),(1)某同學在做該實驗時認為：A．拉橡皮條的繩細一些且長一些，實驗效果較好B．拉橡皮條時，彈簧測力計、橡皮條、細繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C．橡皮條彈性要好，拉結(jié)點到達某一位置O時，拉力要適當大些D．拉力F1和F2的夾角越大越好其中正確的是________(填入相應(yīng)的字母)．(2)若兩個彈簧測力計的讀數(shù)均為4N，且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直，則________(選填“能”或“不能”)用一個量程為5N的彈簧測力計測量出它們的合力，理由是_________________________________________________．,解析(1)為便于確定拉力的方向，繩應(yīng)細且長一些，實驗時應(yīng)使橡皮條、彈簧測力計、細繩與木板平行，拉力不能太小，故A、B、C正確．拉力F1和F2的夾角越大，合力越小，作圖時相對誤差越大，故D錯．正確的選項為A、B、C.(2)若兩個彈簧測力計的讀數(shù)均為4N，且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直，則其合力大小為4N＞5N，故不能用一個量程為5N的彈簧測力計測量出它們的合力．答案(1)A、B、C(2)不能(3)量程太小,2．某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖實Ⅲ－6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(jié)點，OB和OC為細繩．圖實Ⅲ－6乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)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________．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)實驗時，主要的步驟是：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，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套；,C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D．按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，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(jié)論．上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的序號是________和________；,②遺漏的內(nèi)容分別是________和________．解析(1)用一個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力一定沿AO方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′.(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故B正確．(3)①根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E.②在C中未記下兩條細繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O.答案(1)F′(2)B(3)①CE②C中應(yīng)加上“記下兩條細繩的方向”E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”,3．(2013九江統(tǒng)考)將橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩根細繩，每根細繩分別連著一個量程為5N、最小刻度為0.1N的彈簧測力計．沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計．當橡皮筋的活動端拉到O點時兩根細繩相互垂直，如圖實Ⅲ－7所示．這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出．,(1)由圖實Ⅲ－7可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為________N和________N.(2)在方格紙(圖實Ⅲ－8)上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力．,解析(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1N，讀數(shù)時應(yīng)估讀一位，所以讀數(shù)分別為2.50N和4.00N.(2)取一個小方格的邊長表示0.50N，作出兩個力及它們的合力如圖所示．答案(1)2.504.00(2)見解析圖,4．(2011江蘇單科)某同學用如圖實Ⅲ－9所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”．彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置．分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向．,(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為________N.(2)下列不必要的實驗要求是________．(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A．應(yīng)測量重物M所受的重力B．彈簧測力計應(yīng)在使用前校零C．拉線方向應(yīng)與木板平面平行D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法．,解析(1)由圖知彈簧測力計的分度值為0.2N，按“二分之一”估讀法可知小數(shù)點后保留一位，故讀得結(jié)果為3.6N.(2)本實驗中是利用平衡條件確定兩拉力的合力——與重物M所受重力等值反向，故A是必要的，因彈簧測力計的零點誤差影響到各拉力的測量值，且不能保證各拉力的真實值之比與測量值之比相等，故B也是必要的．因只有拉線方向與木板平行時才能保證各力在豎直板上記錄的方向與真實方向相同，故C亦是必要的．由于本實驗中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗證平行四邊形定則，而測力計A的拉力不同時O點的位置就不同，故不可能也沒必要使O點靜止在同一位置，答案為D.(3)見答案．,答案(1)3.6(2)D(3)①改變彈簧測力計B拉力的大小②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計、改變彈簧測力計B拉力的方向等),