高考物理复习 高效学习方略 实验3 验证力的平行四边形定则课件

一、实验目的1学会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方向2验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则3培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力二、实验原理等效思想：使一个力F的作用效果和两个力F1和F2的作用效果相同，都是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长量相同，所以F为F1和F2的合力，作出力F的图示，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F、F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)四、实验步骤1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上2用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端 3用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长结点到达某一位置O(如图所示) 4用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数F1、F2. 5只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F和细绳套的方向 6改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F是否在实验误差允许的范围内相等五、误差分析1用两个弹簧测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧测力计不在同一平面内，这样两个弹簧测力计的水平拉力的实际分力比由作图法得到的合力要小，造成实验误差2结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差 3两个分力的起始夹角太大，如大于120，再重复做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不变)，则变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大 4作图比例不恰当、不准确等造成作图误差 5弹簧测力计内部因操作不当出现摩擦 6作力的图示及平行四边形时不够准确六、注意事项1使用弹簧测力计时，应使拉力沿弹簧测力计的轴线方向，橡皮条、弹簧测力计和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内2使用弹簧测力计时，拉力适当大一些3同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变，即保持作用效果相同 4实验中两细绳套要长一些 5画力的图示时应该选择适当的标度，尽量使图画的大一些 6同一次实验中标度应该相同，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力七、实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成具体操作如下：1把两条细绳套中的一条与弹簧测力计连接，另一条细绳套用手直接抓住，然后同时拉这条细绳套和弹簧测力计，使结点拉至位置O点，记下两条细绳套的方向和弹簧测力计的示数F1. 2放开橡皮条后，将弹簧测力计连接到另一细绳套上，用手再同时拉这条细绳套和弹簧测力计，使结点也拉至O点处，并使两条细绳套位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数F2.要点一实验步骤【例1】(2011嘉兴模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验时，主要步骤是：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，结点达到某一位置O，记录下O点的位置，读出两只弹簧测力计的示数； 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F1和F2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：(1)有遗漏的步骤的序号是_和_；(2)遗漏的内容分别是_和_解析根据“验证力的平行四边形定则”的实验步骤可知，有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了同一位置O.【答案】(1)CE(2)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了同一位置O要点二实验基本方法【例2】某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸标记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图(a)所示 (1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力 (2)有关此实验，下列叙述正确的是() A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大 B橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力 C两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同 D若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可 (3)图(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F是用一只弹簧测力计拉时的图示) 答：_. (4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况) 答：_.解析(1)以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线OF即为所求的合力(如图所示)(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误；正确的选项只有A、C.(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实(4)F1的方向比真实方向偏左；F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行(任选其二)【答案】(1)见解析图(2)A、C(3)甲同学实验得到的结果(4)见解析要点三创新导航【例3】在课外活动小组进行研究性学习的过程中，其研究小组设计了一个实验来验证力的平行四边形定则，其设计方案为：用三根相同的橡皮带、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来验证力的平行四边形定则其步骤如下：将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置和图钉A、B、C的位置 将x1、x2、x3按一定比例图示表示出来，以x1、x2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC，比较OC与OC的长度(即x3的长度)及方向，若相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC与OC有一微小夹角，则有误差(如图所示) 测出此时这三根橡皮条的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量x1L1L0，x2L2L0，x3L3L0. 将三根橡皮条的一端都拴在一个图钉O上，将这三根橡皮条的另一端分别拴上图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上 用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起 (1)请你确定该研究小组的实验步骤的顺序是_ (2)对于本实验下列论述中正确的是() A实验中用到了图钉O受到三个共面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反的原理，使合力和分力在一次实验中全部出现，从而简化了实验的过程 B实验中用到了胡克定律，简化了力的测量，可以不用弹簧测力计就完成实验 C由于实验中总有OC与OC的微小夹角，故实验有误差，该方法不可取 D三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一解析(1)该实验的过程中应该首先将三根橡皮条拴在图钉上，这样便于测橡皮条的原长，之后就要固定两个图钉拉第三个图钉到适当的位置进行实验，把第三个图钉也固定好后就可测每根橡皮条的长度并计算出伸长量，最后按照胡克定律转换成力作出力的图示进行实验研究，所以正确的实验步骤是.(2)该实验的关键是应用三个共点力平衡的推论进行实验原理的改进，应用胡克定律将测量力的大小转换为测橡皮条的长度，所以选项A、B都正确；任何实验都有误差，误差是不可避免的，不能因为有误差就把实验完全否定，故选项C错误；实验的误差有系统误差和偶然误差，都是不可避免的，该实验也是一样的，从系统误差来看，影响该实验的主要因素不是原理，而是器材，特别是橡皮条的长短和粗细.所以说三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主要误差来源之一，故选项D也是对的，所以正确选项为A、B、D.【答案】(1)(2)ABD1(2011昆明模拟)在做“验证力的平行四边形定则”的实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，则下列说法中错误的是() A同一次实验中，O点位置不允许变动 B实验中，只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置 C实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两只弹簧测力计之间的夹角必须取90 D实验中，要始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后调节另一只弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点解析BCD由合力的定义知，只有两次都把橡皮条拉到同一位置(O点)，实验中测得的才是合力与分力的等效关系，故A说法正确；实验中，除了要记录弹簧测力计的读数、O点的位置以外，还要记录两个分力的方向(即绳子拉的方向)，故B说法是错误的；两个弹簧测力计之间的夹角实际上就是两个分力的夹角，这个夹角应当是任意的，故C说法也是错误的；实验中如果始终将其中一只弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，则在调节另一只弹簧测力计时很容易使得这只弹簧测力计超过其量程，是不允许的，故D说法也是错误的2.(2011威海模拟)如图所示，用A、B两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到O点()，现保持A的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计B的拉力大小和方向，可使O点保持不变，这时(1)B的示数应是()A一定变大 B一定不变C一定变小 D变大、不变、变小均有可能(2)夹角的变化应是()A一定变大B一定不变C一定变小D变大、不变、变小均有可能解析(1)C(2)C“使O点保持不变”，即表示A、B拉力的合力的大小和方向不变，则以O为圆心，以A的拉力大小为半径画圆弧如图所示，根据平行四边形定则，按题意减小，可知B的拉力的大小和方向均发生相应的变化，由图可知B的拉力的大小和角度都将变小，故(1)、(2)均选C 3.(2011河西高三期末)(1)某同学做“互成角度的两个力合成”实验时得出如图所示的结果(图中F与O共线)，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳套的结点，图中_是F1和F2合力的理论值，图中_是F1和F2合力的实验值，通过本实验可验证_ (2)在“互成角度的两个力合成”实验中，用A、B两只弹簧秤把橡皮条上的结点拉到某一位置O，这时AO、BO间夹角AOB90，如图所示，现改变弹簧秤A的拉力方向，使角减小，但不改变它的拉力大小，那么要使结点仍被拉到O点，就应调节弹簧秤B拉力的大小及角，在下列调整方法中，哪些是可行的_A增大B的拉力，增大角B增大B的拉力，角不变C增大B的拉力，减小角DB的拉力大小不变，增大角【答案】(1)FF互成角度的两个力合成遵循平行四边形定则(2)ABC4(2011长沙一中高三月考)在做“验证力的平行四边形定则”实验中，若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏，如图所示，但F大小等于F，引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏_，F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏_(填“大”或“小”)【答案】大大5(2011长沙模拟)在做验证力的平行四边形定则实验中：(1)除了方木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅笔和刻度尺外，还需要的器材有：_.(2)在此实验中，假如F1的大小及方向固定不变，那么为了使橡皮条仍然伸长到O点，对F2来说，下面几种说法中正确的是()AF2可以有多个方向BF2的大小可以有多个值CF2的方向和大小是唯一确定值DF2的方向是唯一的，但大小可有多个值解析(1)除了题中给出的仪器，还需要两个弹簧测力计(2)当F1的大小和方向固定后，使橡皮条伸长到O点，F2可以有多个方向，而每改变一次方向，F2的大小也要相应改变，故A、B正确，C、D错误【答案】(1)两个弹簧测力计(2)AB6(2011合肥模拟)有同学利用如图的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的质量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题： (1)改变钩码个数，实验能完成的是() A钩码的个数N1N22，N34 B钩码的个数N1N33，N24 C钩码的个数N1N2N34 D钩码的个数N13，N24，N35 (2)在一拆下钩码和绳子前，应该做好三个方面的记录： _. _. _.解析(1)本实验验证力的平行四边形定则时，两分力F1和F2不能在同一条直线上进行，所以A错误，B、C、D正确(2)要标记结点O的位置，同时记录OA、OB、OC三段绳子的方向和三段绳子所挂钩码的个数【答案】(1)BCD(2)标记结点O的位置记录OA、OB、OC绳的方向三段绳上所挂钩码的个数