高考物理總復習 2-8實驗 驗證力的平行四邊形定則課件 新人教版.ppt

,第8單元 實驗 驗證力的平行四邊形定則,一、實驗目的 驗證互成角度的兩個力的平行四邊形定則 二、實驗原理 本實驗的研究對象為繩與橡皮條的結(jié)點，當用一個力F，與同時用兩個共點力F1、F2拉結(jié)點，使結(jié)點均至O點，說明F的作用效果，可用F1和F2的合作用效果代替，即F應為F1和F2的合力根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F和F的大小和方向是否都相同，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,【例1】 在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中所采用的基本原理和研究方法是( ) A理想實驗法 B建立物理模型法 C控制變量法 D等效替代法,【解析】 在“探究力的平行四邊形定則”實驗中要求兩次拉橡皮筋的效果相同，故實驗采用了等效替代的方法，選項D正確，選項A、B、C錯誤 【答案】 D,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(jié)點伸長到某一位置O，如圖所示，記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向 4用鉛筆和刻度尺從結(jié)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讀數(shù)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,5只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計的拉力F的圖示 6比較一下，力F與平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同 7改變兩彈簧測力計拉力F1和F2的大小和夾角，再重做兩次實驗,【例2】 在“探究求合力的方法”實驗中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細繩套和一把彈簧秤 (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)k53 N/m；,(2)某次實驗中，彈簧秤的指針位置如圖所示，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2.50 N，請在圖中畫出這兩個共點力的合力F合； (3)由圖得到F合_N.,【解析】 (2)2.10(說明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02內(nèi)都可)注意估讀，作圖時注意選取標度，都從O點沿力的方向按力的大小作出力的圖示，如圖所示,(3)以這兩個力2.10 N和2.50 N，作為平行四邊形的兩條鄰邊，作平行四邊形，畫出對角線，用刻度尺量出平行四邊形對角線的長度除以標度，得出F合3.3 N，如圖所示 【答案】 (2)2.10(說明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02內(nèi)都可)，見解析圖 (3)3.3(說明：±0.2內(nèi)都可),一、實驗操作技巧 1在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O位置一定要相同 2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 3保證合力和分力共面，讀數(shù)時應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和彈簧測力計的限位孔之間有摩擦，讀數(shù)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(shù)值盡量大些,4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，應在細繩套上相距較遠的地方選取兩個點，去掉細繩套后，連接兩點，即可確定力的方向 5調(diào)零后的彈簧測力計以兩只互鉤對拉，讀數(shù)相同為選取準則 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】 (2010·天津)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_(填選項字母) 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(jié)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_(填選項字母) 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(shù)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)本實驗的目的是為了驗證力的平行四邊形定則，即研究合力與分力的關(guān)系，根據(jù)合力與分力是等效的，本實驗橡皮條兩次沿相同方向拉伸的長度要相同，故A項錯誤，B項正確；在白紙上標下第一次橡皮條和繩的結(jié)點的位置，第二次將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置，表明兩次效果相同，即兩個拉力和一個拉力等效，而彈簧秤不必拉到相同刻度，故C項錯誤，D項正確,(2)本實驗要求共點力同時共面，為了減小實驗誤差，彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行，否則，作出的是拉力在紙面上的分力，誤差較大，兩細繩長度不需要相同， A項錯誤，B項正確；用兩彈簧秤同時拉細繩時彈簧讀數(shù)沒有要求，只要使得兩次橡皮條拉伸到一點即可，C項錯誤；彈簧秤標記同一細繩方向的兩點要遠些，作圖時產(chǎn)生的角度誤差會減小，D項正確 【答案】 (1)BD (2)BD,二、實驗誤差的來源與分析 本實驗誤差除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差因此，讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄；作圖時，兩個分力F1、F2的對邊一定要平行，兩個分力間夾角越大，用平行四邊形作圖得出合力F的誤差F就越大，所以，實驗中不要把取得太大本實驗允許的誤差范圍是：力的大小F5%F，F(xiàn)與F的夾角7°.對于F0、0和F5%F、7°的情況要分析原因,【例2】 (原創(chuàng)題)如圖所示，是兩位同學在研究“驗證力的平行四邊形定則”時所得到的實驗結(jié)果，若F的作用效果與F1、F2共同作用效果相同，則尊重實驗事實的結(jié)果為( ),【解析】 若F的作用效果與F1、F2共同作用效果相同，說明F為實驗值，F(xiàn)為理論值，故F一定沿橡皮條方向，選項B、D錯誤；實驗是有誤差的，選項C屬于假實驗數(shù)據(jù)，湊的數(shù)據(jù)，選項A更尊重實驗事實的結(jié)果，可見選項A正確，選項C錯誤 【答案】 A,【學法指導】 實驗必有誤差，A圖中F與F誤差較大的原因可能是，F(xiàn)1的方向比真實值方向偏左，F(xiàn)2的大小比真實值偏小且方向比真實值方向偏左，作圖時兩虛線不分別與F1線和F2線平行我們要盡量規(guī)范操作減小誤差誤差是不可避免的，千萬不要硬湊數(shù)據(jù)而使實驗達到“十全十美”，毫無誤差，要尊重客觀事實，養(yǎng)成科學的學習與研究態(tài)度,一、力的合成的等效性 【例1】 (原創(chuàng)題)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，除了方木板，白紙，橡皮條，細繩套(兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個)等必要的器材外，只用一個彈簧測力計，能完成“互成角度的兩個力的合成”的實驗嗎？如果能，應如何操作？,【解析】 可以用一彈簧秤分先后測定兩分力的大小來驗證本實驗主要操作步驟如下： (1)把兩條細線中的一條細線與彈簧秤連接，然后同時拉這兩條細線，使結(jié)點至O點，記下兩條線的方向和彈簧秤的示數(shù)F1.,(2)放回橡皮條后，將彈簧秤連接到另一細線上，再同時拉這兩條細線，使結(jié)點至O點，并使兩條細線位于記錄下來的方向，讀出彈簧秤的示數(shù)F2.按選定的標度作出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,(3)放回橡皮條后，將彈簧秤連接到任一細線上，單獨拉這條細線，使結(jié)點至O點，并記錄下來力的方向，讀出彈簧秤的示數(shù)F，按選定的標度作出F的圖示 (4)比較一下，力F與平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同 (5)改變分力的大小和夾角，再重做兩次實驗,【學法指導】 該設計難點突破：“一個彈簧測力計如何起到兩個彈簧測力計的作用”體現(xiàn)在遷移能力上就是分次測量，但仍遵循力的合成的等效性，即每次都是將結(jié)點拉到同一位置，這是解決本實驗的核心,二、力的合成的動態(tài)分析 【例2】 如圖所示，用A、B兩彈簧秤拉橡皮條，使其伸長到O點，現(xiàn)保持A的讀數(shù)不變，而使夾角減小，適當調(diào)整彈簧秤B的拉力大小和方向，可使O點保持不變，這時,(1)B的示數(shù)應是( ) A一定變大 B一定不變 C一定變小 D變大、不變、變小均有可能 (2)夾角的變化應是( ) A一定變大 B一定不變 C一定變小 D變大、不變、變小均有可能,【解析】 “使O點保持不變”即表明A、B拉力的合力的大小和方向不變，則以O為圓心，以A力大小為半徑畫圓弧如圖所示根據(jù)平行四邊形定則，按題意減小，可知B的拉力的大小和方向均發(fā)生相應的變化由右圖可知B的拉力的大小和角度都將變小，故(1)、(2)均選C項 【答案】 (1)C (2)C,【觸類旁通】 如圖所示，在“驗證力的平行四邊形定則”這一實驗中，兩彈簧秤現(xiàn)在的夾角為90°，使b彈簧秤從圖示位置開始沿箭頭方向緩慢轉(zhuǎn)動，在這過程中，保持O點的位置和a彈簧秤的拉伸方向不變，則在整個過程中，關(guān)于a、b兩彈簧秤示數(shù)的變化情況是( ),Aa示數(shù)增大，b示數(shù)減小 Ba示數(shù)減小，b示數(shù)增大 Ca示數(shù)減小，b示數(shù)先增大后減小 Da示數(shù)減小，b示數(shù)先減小后增大,【解析】 對點O受力分析，受到兩個彈簧的拉力和橡皮條的拉力，如圖所示，其中橡皮條的拉力大小不變，a彈簧拉力方向不變，b彈簧拉力方向和大小都改變，由圖可知a示數(shù)減小，b示數(shù)增大，故選項A、C、D錯誤，選項B正確 【答案】 B,【學法指導】 作圖法求解力的合成問題，重點是規(guī)范作圖，規(guī)范作圖能直觀判斷出各量的變化關(guān)系，切忌作圖太隨意，將會給解題造成誤判的麻煩,