高中物理實驗三《驗證力的平行四邊形定則》課件（教科版）選修3-1

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歡迎進入物理課堂 實驗三驗證力的平行四邊形定則 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)應(yīng)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力 等效思想 使一個力F 的作用效果和兩個力F1和F2的作用效果相同 就是使同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點O 即伸長量相同 所以F 為F1和F2的合力 作出力F 的圖示 再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示 比較F F 在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等 方向相同 方木板 白紙 彈簧測力計 兩個 橡皮條 細繩套 兩個 三角板 刻度尺 圖釘 鉛筆 1 用圖釘把白紙釘在方木板上2 把方木板平放在桌面上 用圖釘把橡皮條的一端固定在A點 如圖所示 橡皮條的另一端拴上兩個繩套 3 用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長到某一位置O 用鉛筆描下O點的位置和兩條細繩套的方向 并記錄彈簧測力計的讀數(shù) 注意在使用彈簧測力計的時候 要使它的彈簧與木板平面平行4 用鉛筆和刻度尺從力的作用點 位置O 沿著兩繩套的方向畫直線 按選定的標度作這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示 以F1和F2為鄰邊利用刻度尺和三角板作平行四邊形 過O點畫平行四邊形的對角線 即為合力F的圖示 5 只用一個彈簧測力計 通過細繩把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O 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6 比較力F 與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向 在實驗誤差允許的范圍內(nèi)看它們是否相等7 改變兩個分力的大小和夾角 再做兩次實驗 1 彈簧測力計本身不夠準確造成系統(tǒng)誤差2 彈簧測力計讀數(shù)和作圖不準造成偶然誤差 1 使用彈簧測力計前 要先觀察指針是否指在零刻度處 若指針不在零刻度處 要設(shè)法調(diào)整指針 使之指在零刻度處 再將兩個彈簧測力計的掛鉤鉤在一起 向相反方向拉 如果兩個示數(shù)相同方可使用2 實驗中的兩個細繩套不要太短3 在同一次實驗中 使橡皮條拉長時結(jié)點的位置一定要相同 4 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5 在用力拉彈簧測力計時 拉力應(yīng)沿彈簧測力計的軸線方向 彈簧測力計中彈簧軸線 橡皮條 細繩套應(yīng)該位于與紙面平行的同一平面內(nèi) 要防止彈簧測力計卡殼 防止彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦6 在同一實驗中 畫力的圖示選定的標度要相同 并且要恰當(dāng)選定標度 使力的圖示稍大一些 本實驗在實際操作中 發(fā)現(xiàn)很難做到彈簧測力計的拉力方向在水平面上 致使作圖法獲得的合力F與用一個彈簧測力計拉結(jié)點在同一位置O時的力F 誤差較大 為防止這種情況的出現(xiàn) 可以在豎直面內(nèi)進行該實驗 這樣就較容易控制彈簧測力計的拉力在同一平面內(nèi) 當(dāng)然也可以用專門的驗證力的平行四邊形定則的實驗儀器進行實驗 實驗原理和實驗過程 例證1 2012 長沙模擬 某同學(xué)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(jié)點 OB和OC為細繩 圖乙是在白紙上根據(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(xué)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 有重要遺漏的步驟的序號是 和 遺漏的內(nèi)容分別是 和 規(guī)范解答 1 由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 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 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 CE C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 實驗數(shù)據(jù)處理 例證2 2012 ?？谀M 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(dāng)橡皮筋的活動端拉到O點時 兩根細繩相互垂直 如圖所示 這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出 1 由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N 2 在如圖所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力 規(guī)范解答 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 見規(guī)范解答 1 2012 泰州模擬 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 1 某同學(xué)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(dāng)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 則其合力為 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 不能量程太小 2 2012 大連模擬 如圖所示是甲 乙兩位同學(xué)在 探究力的平行四邊形定則 的實驗中所得到的實驗結(jié)果 若用F表示兩個分力F1 F2的合力 用F 表示F1和F2的等效力 則可以判斷 選填 甲 或 乙 同學(xué)的實驗結(jié)果是符合事實的 解析 由題設(shè)可知 F為F1和F2的合力 通過平行四邊形定則所得 而F 是F1和F2的等效力 即用一只彈簧測力計拉橡皮條時的拉力 顯然F 的方向應(yīng)在細繩的方向上 因甲同學(xué)F 的方向與細繩在同一直線上 故甲同學(xué)的實驗是符合事實的 本題解答的焦點在F 的方向的確定上 兩位同學(xué)的實驗結(jié)果都有誤差 這是正常的 但乙同學(xué)很明顯在F 的方向的確定上違背了實驗的要求 作圖是錯誤的 答案 甲 3 2012 南通模擬 某同學(xué)在家中嘗試驗證平行四邊形定則 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 細繩 白紙 釘子 設(shè)計了如下實驗 將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A B上 另一端與第三條橡皮筋連接 結(jié)點為O 將第三條橡皮筋的另一端通過細繩掛一重物 1 為完成實驗 下述操作中必需的是 a 測量細繩的長度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 改變條件再次驗證 可采用的方法是 解析 1 必須測量橡皮筋的原長和懸掛重物后橡皮筋的長度 這樣才能確定橡皮筋的伸長量 確定各力的大小 還需記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置 同時記下三條橡皮筋所在的方向 以便確定各拉力的方向 根據(jù)平行四邊形定則作出合力的圖示 因此 必需的操作是b c d 2 改變條件再次驗證可采用更換不同的小重物的方法 答案 1 b c d 2 更換不同的小重物 4 2011 江蘇高考 某同學(xué)用如圖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(xué)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 解題指南 解答本題時應(yīng)注意 1 彈簧測力計的讀數(shù)要求 2 該實驗與教材實驗有何相同點和不同點 解析 1 根據(jù)彈簧測力計的指針位置以及讀數(shù)規(guī)則可知A的示數(shù)為3 6N 2 要驗證的關(guān)系是A B兩個彈簧測力計的拉力的合力與M的重力等大反向 所以應(yīng)測量M的重力 為減小測量誤差 應(yīng)該做到彈簧測力計使用前校零 拉力的方向與木板平面平行 A B C對 改變拉力進行多次實驗 O點位置可以不同 D錯 3 A的拉力超過其量程 為減小A的數(shù)值 有多種方法 例如 使B拉力減小 減小M的重力大小 A換成量程更大的彈簧測力計 改變B的拉力方向等 答案 1 3 6 2 D 3 使B拉力減小 減小M的重力大小 A換成量程更大的彈簧測力計或改變B的拉力方向等 任選兩個 5 2012 梅州模擬 共點的兩個力的合成實驗中 1 目的是驗證兩個共點力合成時遵循 法則 實驗時已提供的器材有 方木板 白紙 橡皮條 細繩套 兩個 三角板 刻度尺 圖釘 多個 還缺少的必要的器材是 2 在互成角度二力合成的實驗中某學(xué)生有如下操作步驟 試按合理的順序?qū)⒉襟E序號填在下面的線上 A 只用一個彈簧測力計 通過細繩套把橡皮條結(jié)點拉到O點 記下彈簧測力計讀數(shù)F和細繩方向 B 把橡皮條一端固定在木板上 在橡皮條另一端拴上兩根細繩套 此端交點稱為結(jié)點 C 用兩個彈簧測力計通過兩個互成角度的細繩套拉橡皮條 使之伸長到一定長度 在白紙上記下結(jié)點位置O 同時記下兩個彈簧測力計讀數(shù)F1 F2和兩根細繩方向 D 把白紙釘在木板上 E 改變F1 F2的大小和方向 重做兩次實驗 F 用同一比例圖示F1 F2和F 作圖求出F1和F2合力F 比較F和F 得出實驗結(jié)論 解析 共點的兩個力的合成實驗中 目的是驗證兩個共點力合成時遵循平行四邊形法則 實驗中需要利用彈簧測力計測量拉力的大小 故缺少的必要的器材是彈簧測力計 根據(jù)實驗原理可知合理的實驗步驟為DBCAFE 答案 1 平行四邊形彈簧測力計 兩個 2 DBCAFE 6 2012 武漢模擬 在 驗證力的平行四邊形定則 實驗中 1 部分實驗步驟如下 請完成有關(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 另一端綁上兩根細線 B 在其中一根細線上掛上5個質(zhì)量相等的鉤碼 使橡皮筋拉伸 如圖甲所示 記錄 C 將步驟B中的鉤碼取下 分別在兩根細線上掛上4個和3個質(zhì)量相等的鉤碼 用兩光滑硬棒B C使兩細線互成角度 如圖乙所示 小心調(diào)整B C的位置 使 記錄 2 如果力的平行四邊形定則得到驗證 那么圖乙中 解析 1 驗證力的平行四邊形定則時 用一根細線拉橡皮筋的力和用兩根細線拉橡皮筋的力效果相同 故兩次拉橡皮筋必須使橡皮筋伸長到同一位置 因此需要記錄的有 B步驟 鉤碼個數(shù) 或細線拉力 橡皮筋與細線的結(jié)點位置O 細線的方向 說明 能反映細線方向的其他記錄也可以 C步驟 橡皮筋與細線結(jié)點的位置與步驟B中結(jié)點位置重合 并記錄鉤碼個數(shù)和對應(yīng)的細線方向 2 水平方向 4mgcos 3mgcos 解得 答案 1 細線的方向結(jié)點的位置O鉤碼個數(shù)結(jié)點位置與步驟B中結(jié)點位置重合鉤碼個數(shù)和對應(yīng)的細線方向 2 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