高中物理實(shí)驗(yàn)三《驗(yàn)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(jìn)入物理課堂 實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則 1 驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)的平行四邊形定則 2 培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力 等效思想 使一個(gè)力F 的作用效果和兩個(gè)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(cè)力計(jì) 兩個(gè) 橡皮條 細(xì)繩套 兩個(gè) 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(diǎn) 如圖所示 橡皮條的另一端拴上兩個(gè)繩套 3 用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)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(diǎn)的位置和兩條細(xì)繩套的方向 并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù) 注意在使用彈簧測(cè)力計(jì)的時(shí)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(diǎn) 位置O 沿著兩繩套的方向畫直線 按選定的標(biāo)度作這兩只彈簧測(cè)力計(jì)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(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線 即為合力F的圖示 5 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O 讀出彈簧測(cè)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看它們是否相等7 改變兩個(gè)分力的大小和夾角 再做兩次實(shí)驗(yàn) 1 彈簧測(cè)力計(jì)本身不夠準(zhǔn)確造成系統(tǒng)誤差2 彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)和作圖不準(zhǔn)造成偶然誤差 1 使用彈簧測(cè)力計(jì)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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤鉤在一起 向相反方向拉 如果兩個(gè)示數(shù)相同方可使用2 實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)細(xì)繩套不要太短3 在同一次實(shí)驗(yàn)中 使橡皮條拉長時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同 4 用兩只彈簧測(cè)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5 在用力拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí) 拉力應(yīng)沿彈簧測(cè)力計(jì)的軸線方向 彈簧測(cè)力計(jì)中彈簧軸線 橡皮條 細(xì)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(cè)力計(jì)卡殼 防止彈簧測(cè)力計(jì)或橡皮條與紙面有摩擦6 在同一實(shí)驗(yàn)中 畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同 并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度 使力的圖示稍大一些 本實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作中 發(fā)現(xiàn)很難做到彈簧測(cè)力計(jì)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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉結(jié)點(diǎn)在同一位置O時(shí)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(jìn)行該實(shí)驗(yàn) 這樣就較容易控制彈簧測(cè)力計(jì)的拉力在同一平面內(nèi) 當(dāng)然也可以用專門的驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程 例證1 2012 長沙模擬 某同學(xué)做 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 的實(shí)驗(yàn)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(xì)繩的結(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 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(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是 A 理想實(shí)驗(yàn)法B 等效替代法C 控制變量法D 建立物理模型法 3 實(shí)驗(yàn)時(shí) 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(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(cè)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(cè)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(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì) 通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長 讀出彈簧測(cè)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 有重要遺漏的步驟的序號(hào)是 和 遺漏的內(nèi)容分別是 和 規(guī)范解答 1 由一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條至O點(diǎn)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(gè)力的作用效果與兩個(gè)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(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)拉到同一位置O 答案 1 F 2 B 3 CE C中應(yīng)加上 記下兩條細(xì)繩的方向 E中應(yīng)說明 把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 例證2 2012 海口模擬 將橡皮筋的一端固定在A點(diǎn) 另一端拴上兩根細(xì)繩 每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5N 最小刻度為0 1N的彈簧測(cè)力計(jì) 沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧測(cè)力計(jì) 當(dāng)橡皮筋的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí) 兩根細(xì)繩相互垂直 如圖所示 這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)可從圖中讀出 1 由圖可讀得兩個(gè)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(gè)力及它們的合力 規(guī)范解答 1 彈簧測(cè)力計(jì)的最小刻度為0 1N 讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀一位 所以讀數(shù)分別為2 50N和4 00N 2 取一個(gè)小方格的邊長表示0 50N 作出兩個(gè)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(yàn)證力的平行四邊形定則 的實(shí)驗(yàn)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(xì)繩 細(xì)繩的另一端都有繩套 如圖所示 實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(diǎn)到達(dá)某一位置O 1 某同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為 A 拉橡皮條的繩細(xì)一些且長一些 實(shí)驗(yàn)效果較好B 拉橡皮條時(shí) 彈簧測(cè)力計(jì) 橡皮條 細(xì)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(diǎn)到達(dá)某一位置O時(shí) 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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)均為4N 且兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向相互垂直 則 選填 能 或 不能 用一個(gè)量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)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(xì)且長一些 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使橡皮條 彈簧測(cè)力計(jì) 細(xì)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(shí)相對(duì)誤差越大 故D錯(cuò) 正確的選項(xiàng)為A B C 2 若兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)均為4N 且兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的方向相互垂直 則其合力為 5N 故不能用一個(gè)量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)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(shí)驗(yàn)中所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 若用F表示兩個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合事實(shí)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(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)的拉力 顯然F 的方向應(yīng)在細(xì)繩的方向上 因甲同學(xué)F 的方向與細(xì)繩在同一直線上 故甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)是符合事實(shí)的 本題解答的焦點(diǎn)在F 的方向的確定上 兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的要求 作圖是錯(cuò)誤的 答案 甲 3 2012 南通模擬 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 為完成實(shí)驗(yàn) 下述操作中必需的是 a 測(cè)量細(xì)繩的長度b 測(cè)量橡皮筋的原長c 測(cè)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 必須測(cè)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(diǎn)O的位置 同時(shí)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(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證 力的平行四邊形定則 彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P 下端用細(xì)線掛一重物M 彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn) 手持另一端向左拉 使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置 分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù) 并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向 1 本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)要求是 請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母 A 應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力B 彈簧測(cè)力計(jì)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(jìn)行多次實(shí)驗(yàn) 每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置 3 某次實(shí)驗(yàn)中 該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)A的指針稍稍超出量程 請(qǐng)您提出兩個(gè)解決辦法 解題指南 解答本題時(shí)應(yīng)注意 1 彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)要求 2 該實(shí)驗(yàn)與教材實(shí)驗(yàn)有何相同點(diǎn)和不同點(diǎn) 解析 1 根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)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(yàn)證的關(guān)系是A B兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的合力與M的重力等大反向 所以應(yīng)測(cè)量M的重力 為減小測(cè)量誤差 應(yīng)該做到彈簧測(cè)力計(jì)使用前校零 拉力的方向與木板平面平行 A B C對(duì) 改變拉力進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn) O點(diǎn)位置可以不同 D錯(cuò) 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(cè)力計(jì) 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(cè)力計(jì)或改變B的拉力方向等 任選兩個(gè) 5 2012 梅州模擬 共點(diǎn)的兩個(gè)力的合成實(shí)驗(yàn)中 1 目的是驗(yàn)證兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)遵循 法則 實(shí)驗(yàn)時(shí)已提供的器材有 方木板 白紙 橡皮條 細(xì)繩套 兩個(gè) 三角板 刻度尺 圖釘 多個(gè) 還缺少的必要的器材是 2 在互成角度二力合成的實(shí)驗(yàn)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(hào)填在下面的線上 A 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過細(xì)繩套把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn) 記下彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F和細(xì)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(xì)繩套 此端交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn) C 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)通過兩個(gè)互成角度的細(xì)繩套拉橡皮條 使之伸長到一定長度 在白紙上記下結(jié)點(diǎn)位置O 同時(shí)記下兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F1 F2和兩根細(xì)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(shí)驗(yàn) 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(shí)驗(yàn)結(jié)論 解析 共點(diǎn)的兩個(gè)力的合成實(shí)驗(yàn)中 目的是驗(yàn)證兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)遵循平行四邊形法則 實(shí)驗(yàn)中需要利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力的大小 故缺少的必要的器材是彈簧測(cè)力計(jì) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知合理的實(shí)驗(yàn)步驟為DBCAFE 答案 1 平行四邊形彈簧測(cè)力計(jì) 兩個(gè) 2 DBCAFE 6 2012 武漢模擬 在 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 如圖甲所示 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(yàn)證 那么圖乙中 解析 1 驗(yàn)證力的平行四邊形定則時(shí) 用一根細(xì)線拉橡皮筋的力和用兩根細(xì)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(gè)數(shù) 或細(xì)線拉力 橡皮筋與細(xì)線的結(jié)點(diǎn)位置O 細(xì)線的方向 說明 能反映細(xì)線方向的其他記錄也可以 C步驟 橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)位置重合 并記錄鉤碼個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的細(xì)線方向 2 水平方向 4mgcos 3mgcos 解得 答案 1 細(xì)線的方向結(jié)點(diǎn)的位置O鉤碼個(gè)數(shù)結(jié)點(diǎn)位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)位置重合鉤碼個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的細(xì)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