实验三-验证力的平行四边形定则课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,33,实验三验证力的平行四边形定则,一、基本原理与操作,原理装置图,操作要领,互,成角度的两个力与一个力产生相同的效果,(1),等效：,同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点,O,位置必须保持不变,(2),拉力：,沿弹簧测力计轴线方向拉,(,与板面平行,),，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行；两分力,F,1,、,F,2,的夹角不要太大或太小,(3),记录：,记下每次各力的大小和方向，标记方向的两点尽量远些,(4),作图：,选定比例要相同，严格按力的图示要求作平行四边形求合力,二、数据处理与分析,1.,画出,F,1,、,F,2,的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力,F,。,2.,画出拉力,F,的图示。,3.,比较,F,与,F,是否完全重合,(,或几乎完全重合,),，从而验证平行四边形定则。,注意事项,(1),操作不忘,“,三,”“,二,”“,一,”,用两个弹簧测力计拉橡皮条时的,“,三记录,”,(,记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点,O,的位置,),。,用一个弹簧测力计拉橡皮条时的,“,二记录,”,(,记录弹簧测力计示数和细绳方向,),。,“,一注意,”,(,同一次实验中结点,O,的位置必须在同一位置,),。,(2),绳夹角、拉力适中。,(3),细绳适当长些，标记方向的两点尽量远些，力的图示稍大一些。,误差来源,(1),弹簧测力计本身的误差。,(2),读数误差、作图误差等。,命题角度,【例,1,】,某同学做,“,验证力的平行四边形定则,”,的实验如图,1,甲所示，其中,A,为固定橡皮条的图钉，,O,为橡皮条与细绳的结点，,OB,和,OC,为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。,教材原型实验,对实验方法及实验步骤的考查,图,1,(1),如果没有操作失误，图乙中的,F,与,F,两力中，方向一定沿,AO,方向的是,_,。,(2),本实验采用的科学方法是,_,。,A.,理想实验法,B,.,等效替代法,C.,控制变量法,D,.,建立物理模型法,(3),实验时，主要的步骤是：,A.,在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；,B.,用图钉把橡皮条的一端固定在板上的,A,点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；,C.,用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置,O,，记录下,O,点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；,D.,按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力,F,1,和,F,2,的图示，并用平行四边形定则求出合力,F,；,E.,只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力,F,的图示；,F.,比较,F,和,F,的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。,上述步骤中，,有重要遗漏的步骤的序号是,_,和,_,；,遗漏的内容分别是,_,和,_,。,解析,(1),由一个弹簧测力计拉橡皮条至,O,点的拉力一定沿,AO,方向；而用两个弹簧测力计拉橡皮条至,O,点的拉力，根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力，由于误差的存在，不一定沿,AO,方向，故一定沿,AO,方向的是,F,。,(2),一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故选项,B,正确。,(3),根据,“,验证力的平行四边形定则,”,实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是,C,、,E,。,在,C,中未记下两条细绳的方向，,E,中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置,O,。,答案,(1),F,(2)B,(3),C,E,C,中应加上,“,记下两条细绳的方向,”,E,中应说明,“,把橡皮条的结点拉到同一位置,O,”,拓展训练,1,2018,天津理综，,9(2),某研究小组做,“,验证力的平行四边形定则,”,实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为,5 N,的弹簧测力计两个，橡皮条,(,带两个较长的细绳套,),，刻度尺，图钉,(,若干个,),。,具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有,_,。,A.,橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上,B.,重复实验再次进行验证时，结点,O,的位置可以与前一次不同,C.,使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线；读数时视线应正对测力计刻度,D.,用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力,该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置,O,、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如下图所示。其中对于提高实验精度最有利的是,_,。,解析,由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，,A,、,D,项错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点,O,必须在同一位置，但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点,O,的位置可以与前一次不同，,B,项正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，,C,项正确。,为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，,A,项错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量充满纸面，两力的夹角不宜过大或过小，所以,B,项正确，,C,、,D,项错误。,答案,BC,B,【例,2,】,(2017,全国,卷，,22),某探究小组做,“,验证力的平行四边形定则,”,实验，将画有坐标轴,(,横轴为,x,轴，纵轴为,y,轴，最小刻度表示,1 mm),的纸贴在水平桌面上，如图,2(a),所示。将橡皮筋的一端,Q,固定在,y,轴上的,B,点,(,位于图示部分之外,),，另一端,P,位于,y,轴上的,A,点时，橡皮筋处于原长。,(1),用一只测力计将橡皮筋的,P,端沿,y,轴从,A,点拉至坐标原点,O,，此时拉力,F,的大小可由测力计读出。测力计的示数如图,(b),所示，,F,的大小为,_N,。,命题角度,实验数据的处理,(2),撤去,(1),中的拉力，橡皮筋,P,端回到,A,点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将,P,端拉至,O,点。此时观察到两个拉力分别沿图,(a),中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为,F,1,4.2 N,和,F,2,5.6 N,。,(,),用,5 mm,长度的线段表示,1 N,的力，以,O,为作用点，在图,(a),中画出力,F,1,、,F,2,的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力,F,合,；,图,2,(,),F,合,的大小为,_N,，,F,合,与拉力,F,的夹角的正切值为,_,。若,F,合,与拉力,F,的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则。,解析,(1),由图,(b),可知，,F,的大小为,4.0 N,。,(2)(,),画出力,F,1,、,F,2,的图示，如图所示,答案,(1)4.0,(2)(,),见解析图,(,)4.0,0.05,拓展训练,2,(2019,山西太原模拟,),请完成,“,验证力的平行四边形定则,”,实验的相关内容。,(1),如图,3,甲所示，在铺有白纸的水平木板上，橡皮条一端固定在,A,点，另一端拴两个细绳套。,图,3,(2),如图乙所示，用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为,O,点，记下此时弹簧测力计的示数,F,1,和,F,2,及,_,。,(3),如图丙所示，用一个弹簧测力计拉橡皮条，使绳与橡皮条的结点拉到,O,点，记下此时弹簧测力计的示数,F,_N,和细绳的方向。,(4),如图丁所示，已按一定标度作出了,F,1,、,F,2,和,F,的图示，请用作图法作出,F,1,和,F,2,的合力。,(5),合力与,F,大小相等，方向略有偏差，如果此偏差仅由,F,1,引起，则原因是,F,1,的大小比真实值偏,_,、,F,1,与,F,2,的夹角比真实夹角偏,_,。,(,均填,“,大,”,或,“,小,”,),答案,(2),两细绳的方向,(3)3.00,(4),见解析图,(5),大大,解析,(2),要记下两分力,F,1,和,F,2,的方向。,(3),弹簧测力计的示数要估读一位，即,F,3.00 N,。,(4),由力的图示作出,F,1,和,F,2,的合力,F,，如图所示。,(5),由图所示，将,F,1,减小或减小,F,1,与,F,2,的夹角，合力,F,与,F,更接近重合，则原因是,F,1,的大小比真实值偏大、,F,1,与,F,2,的夹角比真实夹角偏大。,实验拓展创新,命题角度,【例,3,】,某学生实验小组设计了一个,“,验证力的平行四边形定则,”,的实验，装置如图,4,甲所示，在竖直放置的木板上部附近两侧，固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点,O,下方悬挂钩码，力传感器,1,、,2,的示数分别为,F,1,、,F,2,，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角。实验中使用若干相同的钩码，每个钩码质量均为,100 g,，取,g,9.8 m/s,2,。,实验器材的改进,图,4,(1),关于实验，下列说法正确的是,(,),A.,实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内,B.,每次实验都必须保证结点位于,O,点,C.,实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三条细绳的方向,D.,实验时还需要用一个力传感器单独测量悬挂于,O,点钩码的总重力,(2),根据某次实验得到的数据，该同学已经按照力的图示的要求画出了,F,1,、,F,2,(,如图乙所示,),，请你作图得到,F,1,、,F,2,的合力,F,(,只作图，不求大小,),，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因：,_,_,_,。,(2),利用平行四边形定则作出,F,1,和,F,2,的合力,F,，如图所示，该合力方向不完全在竖直方向的可能原因是定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等。,解析,(1),实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，以保证钩码重力等于细绳的拉力，选项,A,正确；该装置每次实验不需要保证结点位于,O,点，选项,B,错误；实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三条细绳的方向，选项,C,正确；悬挂于,O,点钩码的总重力可以根据钩码的质量得出，不需要力传感器测量，选项,D,错误。,答案,(1)AC,(2),见解析图定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等,(,回答出一项合理答案即可,),【例,4,】,某实验小组用一个弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则，设计了如图,5,所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮筋的一端固定于量角器的圆心,O,的正上方,A,处，另一端系绳套,1,和绳套,2,，主要实验步骤如下：,命题角度,实验方法改进与迁移,图,5,(1),弹簧测力计挂在绳套,1,上竖直向下拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达,O,点处，记下弹簧测力计的示数,F,；,(2),弹簧测力计挂在绳套,1,上，手拉着绳套,2,，缓慢拉橡皮筋，使橡皮筋的结点到达,O,处，此时绳套,1,沿,0,方向，绳套,2,沿,120,方向，记下弹簧测力计的示数,F,；,(3),根据力的平行四边形定则计算绳套,1,的拉力为,_,；,(4),比较,_,即可初步验证；,(5),只改变绳套,2,的方向，重复上述实验步骤；,(6),将绳套,1,由,0,方向缓慢转动到,60,方向，同时绳套,2,由,120,方向缓慢转动到,180,方向，此过程中保持橡皮筋的结点在,O,处不动，保持绳套,1,和绳套,2,的夹角,120,不变，关于绳套,1,的拉力大小的变化，下列结论正确的是,_,。,(,填选项前的序号,),A.,逐渐增大,B.,先增大后减小,C.,逐渐减小,D.,先减小后增大,(6),两个绳套在缓慢转动过程中，合力保持不变，根据平行四边形定则画出力的示意图，如图所示，根据几何关系可知，绳套,1,的拉力大小逐渐增大。,拓展训练,3,某课外兴趣小组用如图,6,甲所示的装置进行,“,验证力的平行四边形定则,”,实验，实验中使用的每个钩码的质量均相同。先用两组钩码,(,一组,4,个钩码，一组,3,个钩码,),拉弹簧使其伸长至某个位置,O,，并记录；然后再用一根细线牵引一组钩码拉弹簧。,图,6,(1),本实验采用的物理方法是,_,法，完成该实验最关键的步骤是,_,_,。,(2),某同学在坐标纸上画出了如图乙所示的两个已知力,F,1,和,F,2,，图中小正方形的边长表示,3 N,，则两力的合力,F,_N,，,F,1,与,F,的夹角为,_,。,(3),当再用一根细线牵引一组钩码拉弹簧时，所需的钩码一定不会超过,_,个。,解析,(1),合力与分力是等效替代的关系，所以本实验采用的物理方法是等效替代法；完成该实验最关键的步骤是第二次也要把弹簧拉到,O,处。,(2),根据力的平行四边形定则，作出两个力的合力如图所示，从图中可以知道，合力,F,18 N,，根据几何关系知,F,1,与,F,的夹角为,45,。,(3),由题图甲可知，若两组钩码沿同一方向拉弹簧时合力最大，即,7,个钩码的重力，所以当再用一根细线牵引一组钩码拉弹簧时，无论之前两组钩码如何放置，这时所需的钩码一定不会超过,7,个。,答案,(1),等效替代第二次也要把弹簧拉到,O,处,(2)18,45,(3)7,