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第2课时 实验:验证力的平行四边形定则,填一填,一、实验目的 1.练习用作图法求两个力的合力。 2.验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。 二、实验原理 1.若用一个力F或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮筋沿某一方向拉至相同长度,即力F与F1、F2的共同作用效果相同,那么F为F1、F2的合力。 2.用弹簧测力计分别测出F和F1、F2的大小,并记下它们的方向,作出F和F1、F2的图示,以F1、F2的图示为邻边作平行四边形,其对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。 3.比较F与F,若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等,则可以证明平行四边形定则的正确性。,填一填,三、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮筋、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)。 四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。 2.用图钉把橡皮筋的一端固定在A点,橡皮筋的另一端用两根细线打一个结点B,两根细线分别拴上一只测力计。 3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。,填一填,4.用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示。 5.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮筋的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F的图示。,填一填,6.比较力F与用平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同。 7.改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复实验两次。 五、误差分析 1.存在误差的原因:弹簧测力计本身的误差、读数误差、作图误差等。 2.减小误差的方法。 (1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。 (2)作图时用刻度尺借助于三角板,使表示两个力的对边一定要平行。,探究一,探究二,实验原理和实验步骤 【例题1】 导学号93960063根据“验证平行四边形定则”的有关原理和实验要求,完成下面的问题: (1)本实验中所说的合力与两个共点力具有相同的效果,是指下列说法中的( ) A.弹簧测力计的弹簧被拉长 B.固定橡皮筋的图钉受拉力产生形变 C.细绳套受拉力产生形变 D.使橡皮筋在某一方向伸长同样的长度,探究一,探究二,(2)某同学做“验证平行四边形定则”时,主要步骤是: A.在桌上放一块方木板,在木板上铺一张白纸,用图钉把白纸固定在木板上。 B.用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点,在橡皮筋的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套。 C.用两只弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮筋,使其伸长,结点到达某一位置时,记下该位置为O点,记录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,通过细绳套拉橡皮筋使其伸长某一长度,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。,探究一,探究二,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)合力与两个共点力具有相同的效果是通过橡皮筋伸长相同的长度体现的,为便于图示法比较F和F的大小和方向,力的图示的始端应在同一位置,所以实验应使橡皮筋在某一方向伸长同样的长度,D选项正确。 (2)作力的图示必须知道力的方向,步骤C中遗漏“记下两个拉力的方向”。只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮筋时,为使合力与两个共点力具有相同的效果,应是使结点到达位置O,步骤E中遗漏了这一内容。 答案:(1)D (2)C E 记录拉力的方向 使结点仍然被拉到O点,探究一,探究二,变式训练1 在做“验证力的平行四边形定则”的实验时,橡皮筋的一端固定在木板上,用两只弹簧测力计把橡皮筋的结点拉到某一确定的点O,以下操作中正确的是( ) A.同一次实验过程中,O点位置允许变动 B.实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度 C.实验中,先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O点 D.实验中,把橡皮筋的结点拉到O点时,两只弹簧测力计之间夹角必须取90,以便于算出合力大小,探究一,探究二,解析:本实验的注意事项中有严格的要求,结点O不允许随便移动,同时弹簧测力计不要达到最大量程,因为一只达到最大,另一只将无法调整。而平行四边形定则当然不只适用于夹角为90的情形。只有选项B是符合实验要求的。 答案:B,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,误差分析及数据处理 【例题2】 导学号93960064在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮筋的一端固定在A点上,另一端连接两根细线,然后通过细线用两个互成角度的弹簧测力计来拉橡皮筋,使橡皮筋伸长到某一点O,记录下两只弹簧测力计的示数及两根细线的方向,此时两只弹簧测力计的拉力分别记为F1和F2;然后改用一只弹簧测力计把橡皮筋拉到O点后再记录下弹簧测力计的示数及细线的方向,此时弹簧测力计的拉力记为F。 (1)(多选)实验对两次拉伸橡皮筋的要求中,下列说法正确的是 (填字母代号)。 A.将橡皮筋拉伸相同长度即可 B.将橡皮筋沿相同方向拉到相同长度 C.将弹簧测力计都拉伸到相同刻度即可 D.将橡皮筋和细线的结点拉到相同位置,探究一,探究二,(2)(多选)同学们在操作过程中有如下议论,其中对减小实验误差有益的说法是 (填字母代号)。 A.两细线必须等长 B.弹簧测力计、细线、橡皮筋都应与木板平行 C.用两只弹簧测力计同时拉细线时,两弹簧测力计示数之差应尽可能大 D.拉橡皮筋的细线要长些,标记同一细线方向的两点要远些 (3)如图是某同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图,图中的小圆点分别用来记录的是O点的位置以及每次细线的方向。请你选择合适标度,用力的图示法作图完成该同学未完成的实验数据处理。,探究一,探究二,解析:(1)实验中两次拉伸橡皮筋时,应要求两次的作用效果完全相同,即橡皮筋被拉伸的方向、长度完全相同,所以选B、D。 (2)对减小实验误差有益的做法是B、D。B做法能保证分力与合力在同一平面内,减小了作图误差;D做法能保证分力的方向测量更准确,减小了测量误差。实验时两细线不必等长,两只弹簧测力计的示数也不一定要求相差较大,所以B、D正确。 (3) 答案:(1)BD (2)BD (3)见解析,探究一,探究二,变式训练2 将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计,每个沿着不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图甲所示。这时弹簧测力计读数可从图中读出。,探究一,探究二,(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N和 N。 (2)在图乙中的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。,探究一,探究二,解析:两弹簧测力计的读数分别为4.00 N和2.50 N,作出合力如图所示。 答案:(1)4.00 2.50 (2)见解析图,探究一,探究二,探究一,探究二,1 2 3 4 5,1.在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,以下说法中正确的是( ) A.用两只弹簧测力计拉橡皮筋时,两细绳之间的夹角必须为90,以便求出合力的大小 B.用两只弹簧测力计拉橡皮筋时,结点的位置必须与用一只弹簧测力计拉时结点的位置重合 C.若用两只弹簧测力计拉时合力的图示F与用一只弹簧测力计拉时拉力的图示F不完全重合,说明力的合成的平行四边形定则不一定是普遍成立的 D.两个分力间的夹角要尽量大些,1 2 3 4 5,解析:理论上,细绳之间的夹角是任意的,不需要计算,可以用弹簧测力计和量角器测量力的大小和方向,选项A错误;前后两次结点的位置相同,力的作用效果才相同,选项B正确;由于测量和作图存在误差,F和F的方向不一定重合,实验可以证明,在误差允许的范围内,平行四边形定则总是成立的,选项C错误;在实验中两个分力的夹角不宜过大也不宜过小,所以选项D错误。 答案:B,1 2 3 4 5,2.如图所示,在“验证力的平行四边形定则”的实验中,使b弹簧测力计按图示位置开始顺时针缓慢转动,若这一过程中保持O点位置不变和 a弹簧测力计的拉伸方向不变,则b弹簧测力计转动过程中,a、b两弹簧测力计的读数变化情况是( ) A.a增大,b减小 B.a减小,b增大 C.a减小,b先增大后减小 D.a减小,b先减小后增大,1 2 3 4 5,解析:保持O点位置不变,说明合力的大小和方向保持不变;保持a弹簧测力计的拉伸方向不变,说明a弹簧测力计上的拉力方向不变;根据平行四边形定则作出力的动态变化示意图,如图所示: 根据动态变化图示可知,a减小,b先减小后增大,选项D正确。 答案:D,1 2 3 4 5,3.做“验证力的平行四边形定则”的实验,在水平放置的木板上铺一张白纸,把橡皮筋的一端固定在木板的A点,橡皮筋的另一端拴上两细绳套,如图所示,两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度拉橡皮筋使之伸长,到达某一位置O时需记下 、 ,描下 ,再用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮筋拉长,使结点到达位置 ,再记下 。 解析:因验证力的平行四边形定则需要根据力的大小和方向作平行四边形,所以必须记录力的大小和方向,为保证合力和分力的效果相同,两次必须使结点到达同一位置。,1 2 3 4 5,答案:两弹簧测力计的读数 两细绳的方向 结点位置O O点 弹簧测力计的读数和细绳的方向,1 2 3 4 5,4.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,如图所示。 (1)试在图(a)中作出F1和F2的合力图示,并用F表示此力。,1 2 3 4 5,(2)(多选)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: (选填“甲”或“乙”)。,1 2 3 4 5,解析:(1)如图所示: (2)把橡皮筋的结点拉至O点平衡时,两弹簧测力计的拉力的合力与橡皮筋的拉力是一对平衡力,选项B错误;根据平行四边形定则可知,两分力可以大于其合力,橡皮筋的拉力与两弹簧测力计的拉力的合力是一对平衡力,故选项A正确;两次拉橡皮筋时将结点拉到同一位置O,就是保证两次拉力的作用效果相同,选项C正确;橡皮筋结点位置不变说明合力不变,但若只改变其中一个分力的大小,根据平行四边形定则可知,另一个分力的大小和方向必然改变,选项D错误。 (3)两分力的合力的理论值应该是以两分力为邻边的平行四边形的对角线,用一只弹簧测力计拉橡皮筋的力的方向应该与橡皮筋的形变方向一致,因此甲图较符合实验事实。 答案:(1)见解析 (2)AC (3)甲,1 2 3 4 5,5.在做“验证力的平行四边形定则”的实验时: (1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外,还必须有 和 。 (2)要使每次合力与分力产生相同的效果,必须( ) A.每次将橡皮筋拉到同样的位置 B.每次把橡皮筋拉直 C.每次准确读出弹簧测力计的示数 D.每次记准细绳的方向 (3)为了提高实验的准确性,减小误差,实验中应注意些什么? 。,1 2 3 4 5,(4)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验结果如图所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳结点的位置。图中 是力F1与F2的合力的理论值; 是力F1与F2的合力的实验值。通过把 和 的大小和方向进行比较,验证平行四边形定则。,1 2 3 4 5,解析:(1)缺少器材有橡皮筋、三角板(用来作平行四边形)。 (2)相同的效果体现在将橡皮筋拉到同一位置,故A对。 (3)实验中应注意:选用弹性小的细绳;橡皮筋、细绳和弹簧测力计的轴应在同一平面上,且与板面平行贴近等。 (4)略。 答案:(1)橡皮筋 三角板 (2)A (3)见解析 (4)F F F F,
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