物理第二章 相互作用 第7講 實驗 驗證力的平行四邊形定則

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1、第7講實驗：驗證的平行四邊形定則知識梳理知識梳理實驗裝置實驗裝置實驗原理實驗原理一個力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的圖示并根據平行四邊形定則作出力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平行四邊形定則。1.(多選)在做“互成角度的兩個力的合成”實驗時,橡皮條的一端固定在木板上,用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點。以下操作中不正確的是( )A.同一實驗過程中,O點位置允許變動B.實驗中,彈簧測力計必須與

2、木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度C.實驗中,先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大測量值,然后只需調節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點D.實驗中,把橡皮條的另一端拉到O點時,兩彈簧測力計之間的夾角應取90,以便于算出合力的大小ACD答案答案 ACD從橡皮條固定點到O點的連線,是合力的作用線方向,如果O點變動,那么合力的大小或方向就要變化,就不能驗證力的平行四邊形定則,故A選項錯;C選項中,因一個彈簧測力計已拉到最大測量值,再通過另一個彈簧測力計拉橡皮條到O點時,每一個彈簧測力計都可能超過最大測量值,造成損壞,或讀數(shù)不準,故C選項錯;互成角度的兩個力的合成,是利用

3、平行四邊形定則進行合成,兩彈簧測力計之間的夾角不必一定成90角,故D選項錯。2.探究力的平行四邊形定則的實驗原理是等效原理,其等效性是指 ()A.使兩分力與合力滿足平行四邊形定則B.使兩次橡皮筋與細繩套的結點都與某點O重合C.使兩次橡皮筋伸長的長度相等D.使彈簧測力計在兩種情況下發(fā)生相同的形變答案答案 B本實驗的驗證目標是分力和合力之間遵循平行四邊形定則,等效性體現(xiàn)在橡皮筋沿某一定方向發(fā)生相同的形變,故兩次實驗中橡皮筋與細繩套的結點都與某點O重合。B深化拓展深化拓展考點實驗的注意事項與數(shù)據處理考點實驗的注意事項與數(shù)據處理深化拓展深化拓展考點實驗的注意事項與數(shù)據處理考點實驗的注意事項與數(shù)據處理1

4、.注意事項注意事項(1)同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計鉤好后對拉,若兩只彈簧測力計在對拉的過程中,讀數(shù)相同,則可選,若不同,應另換,直至相同為止,實驗時彈簧測力計與板面平行;(2)在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下,應使拉力盡量大一些,以減小誤差;(3)畫力的圖示時,應該選定恰當?shù)臉硕?盡量使圖畫得大一些,但也不要太大而畫出紙外,要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出合力;(4)在同一次實驗中,拉長的橡皮條的結點O位置一定要相同。2.數(shù)據處理數(shù)據處理由作圖法得到的F與實際測量得到的F不可能完全重合,但在誤差允許范圍內可認為F和F重合。 1-

5、1在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中,某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上,將橡皮條的一端固定在板上一點,兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套,互成角度地施加拉力,使橡皮條伸長,結點到達紙面上某一位置,如圖所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整:用鉛筆描下結點位置,記為O;記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2,沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點,用刻度尺把相應的點連成線;只用一個彈簧測力計,通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置O,記錄彈簧測力計的示數(shù)F3,;按照力的圖示要求,作出拉力F1、F2、F3;根據力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F;比較 F和和

6、F3的一致程度,若有較大差異,對其原因進行分析,并作出相應的改進后再次進行實驗。答案答案見解析F和F3解析解析沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點,用刻度尺把這些點連成線。為了驗證力的平行四邊形定則,需比較合力F與拉力F3是否一致。1-2 (2017北京豐臺一模,21)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,在橡皮條的另一端拴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

7、結點位置和兩個彈簧測力計的示數(shù)、兩條細繩的方向;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F;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。請把步驟e中的內容補充完整把橡皮條的結點拉到同一位置把橡皮條的結點拉到同一位置O，讀出彈簧測力示數(shù)，記下細繩的方向讀出彈簧測力示數(shù)，記下細繩的方向。本實驗中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程,主要體現(xiàn)了下列哪種科學方法B。A.理想實驗法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法下列操作有利

8、于減小實驗誤差的是ACE(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(shù)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.用兩彈簧測力計同時拉橡皮條時,兩彈簧測力計的示數(shù)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圖乙是該同學在白紙上根據實驗數(shù)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 F。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(shù)為k)。如圖丙所示,他們將三根橡皮條的一端系在一起,另一

9、端分別系上細繩,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繩拉三根橡皮條至某一長度(在彈性限度內),保持狀態(tài)不變;如圖丁所示,記錄此時結點位置和三根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(shù)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。圖丙圖丁答案答案把橡皮條的結點拉到同一位置O,讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細繩的方向BACE F如圖所示分析說明: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。解析解析為保證兩次拉動橡皮條的效果相同,需使兩次繩套跟橡皮條的結點到達同一個位置,并及時記錄力的大小和方向。本實驗中,一個測力計的作用效果跟兩個測力計共同作用的效果相同,是典型的等效替代。細繩長些有利于標定力的方向,但不必等長,故B項錯誤;為減小讀數(shù)誤差,測力計的示數(shù)可適當大些,而非示數(shù)之差較大,故D項錯誤。由二力平衡條件易知F沿AO方向。由胡克定律可知橡皮條的彈力跟伸長量成正比,所以橡皮條的伸長量反映橡皮條的拉力,故可用橡皮條的伸長量代替彈力。