高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實驗三 驗證力的平行四邊形定則ppt

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,歡迎進入物理課堂,一、實驗目的1．會使用彈簧測力計．2．驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則．,二、實驗原理1．等效法：使一個力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，所以一個力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖實－3－1所示．2．平行四邊形定則：根據平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．3．驗證：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相同，則驗證了力的平行四邊形定則．,三、實驗器材方木板、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)．四、實驗操作1．實驗步驟(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，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套．,(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，使橡皮條與繩的結點伸長到某一位置O，如圖實－3－2所示，記錄兩彈簧測力計的讀數，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向．,(4)只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數和細繩套的方向．(5)改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向，再重做兩次實驗．,2．數據處理(1)用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力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點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示．(2)用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟(4)中彈簧測力計的拉力F′的圖示．(3)比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則．,五、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零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數相同，則可選；若讀數不同，應另換，直至相同為止．2．在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點O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．實驗時彈簧測力計應與木板平行，讀數時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數值盡量大些．5．細繩套應適當長一些，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．,六、誤差分析1．彈簧測力計本身的誤差．2．讀數誤差和作圖誤差．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，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繩．實驗時，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條．,(1)實驗對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)．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．將橡皮條和繩的結點拉到相同位置,(2)同學們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是________(填字母代號)．A．兩細繩必須等長B．彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行C．用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數之差應盡可能大D．拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些,解析：(1)選項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B是必須的．選項D能更方便地確定拉力的方向．,答案：(1)BD(2)BD,[例2]李明同學在做“互成角度的兩個力的合成”實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋的結點位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小，如圖實－3－3所示．,(1)試在圖(a)中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力．(2)有關此實驗，下列敘述正確的是________．A．兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力C．兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結點拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同D．若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結點位置不變，只需調整另一只彈簧測力計拉力的大小即可,(3)圖(b)所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結果，其中哪一個實驗比較符合實驗事實？(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示)答：______________________________________________.(4)在以上實驗結果比較符合實驗事實的一位同學中，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，對角線OF就表示合力F.(標上箭頭表明方向)(2)兩分力可以同時大于合力，故A正確；結點受三個力作用處于平衡狀態(tài)，其中兩彈簧測力計的拉力的合力與第三個力——橡皮筋的拉力等大反向，是一對平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B錯；只有保證結點在同一位置才能說明作用效果相同，故C對；若兩個分力的大小變化而方向都不變，則合力必定變化，故D錯．,(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線，單個彈簧測力計的拉力F′一定與橡皮筋共線，故張華的實驗比較符合實驗事實．(4)F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左．作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴格平行．,[答案](1)如圖實－3－4所示(2)AC(3)張華做的符合實驗事實(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”的實驗中，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位置O點，以下操作中正確的有(),A．同一次實驗中，O點位置允許變動B．實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，讀數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量程，然后只需調節(jié)另一彈簧測力計的拉力的大小和方向，把橡皮條的結點拉到O點D．實驗中，把橡皮條的結點拉到O點時，兩彈簧測力計之間的夾角應取90不變，以便于算出合力的大小,解析：實驗中合力的大小須保持不變，即O點位置不允許變動，選項A錯誤；選項C中的操作，可能會超過另一彈簧測力計的彈性限度，因而錯誤；本實驗是在力的作用效果相同下，兩彈簧測力計之間的夾角是任意夾角時，通過彈簧測力計示數獲得合力而非通過平行四邊形定則計算，選項D錯誤．,答案：B,2．在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，某同學的實驗情況如圖實－3－5甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細線的結點，OB和OC為細繩．圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的圖．,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合力的實際測量值C．在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那么對實驗結果沒有影響D．在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那么對實驗結果有影響,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合力的實際測量值，A正確；在實驗中，如果將細繩也換成橡皮筋，那么彈簧測力計的讀數仍然等于分力F1和F2的大小，所以對實驗結果沒有影響，C正確．,答案：AC,3．某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時，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，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；,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作出合力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，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)遺漏的內容分別是_____________________________和______________________________．,解析：根據“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點拉到了同一位置O.,答案：(1)CE(2)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點拉到了同一位置O,4．有同學利用如圖實－3－6所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據鉤碼個數讀出三根繩子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列問題：,(1)改變鉤碼個數，實驗能完成的是.A．鉤碼的個數N1＝N2＝2，N3＝4B．鉤碼的個數N1＝N3＝3，N2＝4C．鉤碼的個數N1＝N2＝N3＝4D．鉤碼的個數N1＝3，N2＝4，N3＝5,(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是.A．標記結點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量,(3)在作圖時，你認為圖實－3－7中________是正確的．(填“甲”或“乙”),解析：(1)實驗中的分力與合力的關系必須滿足：|F1－F2|＜F3＜F1＋F2，因此B、C、D選項是可以的．(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，請完成有關內容：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個質量相等的鉤碼，使橡皮筋拉伸，如圖實－3－8(a)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個質量相等的鉤碼，用兩光滑硬棒B、C使兩細線互成角度，如圖(b)所示，小心調整B、C的位置，使________________，記錄________________．,答案：(1)B.鉤碼個數(或細線的拉力)橡皮筋與細線結點的位置O細線的方向C．橡皮筋與細線結點的位置與步驟B中結點的位置重合鉤碼個數和對應的細線方向(2)3/4,6．請完成以下兩小題．某同學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)為完成該實驗，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)本實驗中，重物對O點的拉力產生使AO、BO伸長的作用效果，即重物對O點的拉力是合力，拉AO、BO的力是兩個分力．要完成實驗，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??；由于釘子A、B固定，所以當記錄懸掛重物后結點O的位置后，力的方向就是AO、BO的方向．選項b、c、d正確．(2)更換重物后，合力和分力都改變，可以再次實驗．,答案：(1)bcd(2)更換不同的重物,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,同學們,來學校和回家的路上要注意安全,