2014版高中物理《復(fù)習(xí)方略》課件必修1 第二章 實驗三驗證力的平行四邊形定則（教科版）

1、實驗三　驗證力的平行四邊形定則,【實驗過程】1.用圖釘把白紙釘在方木板上。2.把方木板平放在桌面上,用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,如圖所示,橡皮條的另一端拴上兩個繩套。,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,使橡皮條伸長到某一位置O。用鉛筆描下O點的位置和兩條細繩套的方向,并記錄彈簧測力計的讀數(shù)。注意在使用彈簧測力計的時候,要使它的彈簧與木板平面平行。4.用鉛筆和刻度尺從力的作用點(位置O)沿著兩繩套的方向畫直

2、線,按選定的標度作這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,即為合力F的圖示。,5.只用一只彈簧測力計,通過細繩把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O。讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細繩的方向,按同一標度作出這個力F′的圖示。6.比較力F′與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向,在實驗誤差允許的范圍內(nèi)看它們是否相等。7.改變兩個分力的大小和夾角,再做兩次實驗。,【誤差

3、分析】1.彈簧測力計本身不夠準確造成的誤差,為此要選擇比較準確的彈簧測力計。2.彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差,需要多做幾次實驗,并且使兩分力F1、F2的夾角適當(dāng)大。,【注意事項】1.使用彈簧測力計前,要先觀察指針是否指在零刻度處,若指針不在零刻度處,要設(shè)法調(diào)整指針,使其指在零刻度處。再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起,向相反方向拉,如果兩個示數(shù)相同方可使用。2.實驗中的兩個細繩套不要太短。3.在同一次實驗中,使橡皮條拉長時結(jié)

4、點的位置一定要相同。4.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。,5.在用力拉彈簧測力計時,拉力應(yīng)沿彈簧測力計的軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細繩套應(yīng)該位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。要防止彈簧測力計卡殼,防止彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦。6.在同一實驗中,畫力的圖示選定的標度要相同,并且要恰當(dāng)選定標度,使力的圖示稍大一些。,【實驗改進】本實驗用

5、一只彈簧測力計也可以完成,具體操作如下:(1)把兩條細繩中的一條細繩與彈簧測力計連接,另一條細繩用手直接抓住,然后同時拉這兩條細繩,使結(jié)點至O點,記下兩條細繩的方向和彈簧測力計的示數(shù)F1。(2)放回橡皮條后,將彈簧測力計連接到另一條細繩上,用手再同時拉這兩條細繩,使結(jié)點至O點,并使兩條細繩位于記錄下來的方向上,讀出彈簧測力計的示數(shù)F2。,其他步驟與提供兩只彈簧測力計相同。這種操作的優(yōu)點是能減小因兩只彈簧測力計的不同而帶來的誤差,但實

6、驗過程稍麻煩。,熱點 1 實驗原理和實驗過程的考查 【典例1】某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結(jié)點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。,(1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F′兩力中,方向一定沿AO方向的是　　　。(2)本實驗采用的科學(xué)方法是　　　。A.理想實驗法　　　　　B.等效替代法C.控制變量法 D.建立物

7、理模型法,(3)實驗時,主要的步驟是: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.用兩只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(jié)點到達某一位置O。記錄下O點的位置,讀出兩只彈簧測力計的示數(shù);,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求出

8、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(shù),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(jié)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(nèi)容分別是 和　　 　。,【標準解答】(1)由一只彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力一定沿AO方向;而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力,由于誤差的存在,

9、不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F′。(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同,它們的作用效果可以等效替代,故B正確。(3)①根據(jù)“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。②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(jié)點拉到同一位置O。,答案:(1)F′　(2)B　(3)①C　E?、贑中應(yīng)加上“記下兩條細繩的方向”　E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”,熱點 2 實驗

10、過程的考查【典例2】在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,需要將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上兩根細繩,細繩的另一端都有繩套(如圖所示)。實驗中需用兩只彈簧測力計分別鉤住繩套,并互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié)點到達某一位置O。,(1)某同學(xué)在做該實驗時認為:A.拉橡皮條的繩細一些且長一些,實驗效果較好B.拉橡皮條時,彈簧測力計、橡皮條、細繩應(yīng)貼近木板且與木板平面平行C.橡皮條彈性要好,拉結(jié)點到達某一位置O時,拉力

11、要適當(dāng)大些D.拉力F1和F2的夾角越大越好其中正確的是　　　　　(填入相應(yīng)的字母)。,(2)若兩只彈簧測力計的讀數(shù)均為4N,且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直,則　　　(選填“能”或“不能”)用一個量程為5N的彈簧測力計測量出它們的合力,理由是　 。,【標準解答】(1)為便于確定拉力的方向,繩應(yīng)細且長一些,實驗時應(yīng)使橡皮條、彈簧測力計、細繩與木板平行,拉力不能太小,故A、B、C正確。拉力F1和F2的夾角越大,合力越小,作

12、圖時相對誤差越大,故D錯。正確的選項為A、B、C。(2)若兩只彈簧測力計的讀數(shù)均為4N,且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直,則其合力為 >5N,故不能用一個量程為5N的彈簧測力計測量出它們的合力。答案:(1)A、B、C　(2)不能　量程太小,【雙基題組】1.(2013·內(nèi)江模擬)用等效替代法驗證力的平行四邊形定則的實驗情況如圖甲所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細繩的結(jié)點,OB和OC為細繩,

13、圖乙是白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。,(1)本實驗中“等效替代”的含義是　 。A.橡皮筋可以用細繩替代B.左側(cè)測力計的作用效果可以替代右側(cè)測力計的作用效果C.右側(cè)測力計的作用效果可以替代左側(cè)測力計的作用效果D.兩測力計共同作用的效果可以用一個測力計的作用效果替代(2)圖乙中的F與F′兩力中,方向一定沿著AO方向的是　　　,圖中　　　　是F1、F2合力的理論值,　　　　是合力的實驗值。,【解析】(1)驗證平行四邊形定則的實

14、驗中,第一次同時用兩個測力計作用在橡皮筋上,將橡皮筋與細繩的結(jié)點拉到一個合適的位置,第二次只用一個測力計作用在橡皮筋上,使橡皮筋與細繩的結(jié)點到達同樣的位置,可見兩次測力計對橡皮筋產(chǎn)生的作用效果相同,可以等效替代,故選D。(2)根據(jù)第(1)問的分析可知,力F′一定沿AO方向;據(jù)平行四邊形定則合成出來的力F是合力的理論值,而力F′則是合力的實驗值。答案:(1)D　(2)F′　F　F′,2.(2013·常州模擬)李明同學(xué)在做“互

15、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(jié)點位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小,如圖所示。,(1)試在圖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(guān)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,而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(jié)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

16、只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可,(3)如圖所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實驗時得到的結(jié)果,其中比較符合實驗事實的是　　　　。(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示)(4)在以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學(xué)中,造成誤差的主要原因是(至少寫出兩種情況)   　。,【解析】(1)用平行四邊形定則作圖,即以F1、F2為兩鄰邊作平

17、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(jié)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(jié)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

18、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。(其他合理原因均正確),答案:(1)如圖所示(2)A、C　(3)張華　(4)見解析,3.在“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(guān)內(nèi)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(zhì)量相等的鉤碼,使橡皮筋拉伸,如圖

19、甲所示,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(zhì)量相等的鉤碼,用兩光滑硬棒B、C使兩細線互成角度,如圖乙所示,小心調(diào)整B、C的位置,使　　　　　　,記錄　　　。(2)如果力的平行四邊形定則得到驗證,那么圖乙中 =　　　　。,【解析】(1)驗證力的平行四邊形定則時,用一根細線拉橡皮筋的力和用兩根細線拉橡皮筋的力效果相同,故兩次拉橡皮筋必須使橡皮筋伸長到同一位置,因此需要記

20、錄的有,B步驟:鉤碼個數(shù)(或細線拉力)、橡皮筋與細線的結(jié)點位置O、細線的方向(說明:能反映細線方向的其他記錄也可以)。C步驟:橡皮筋與細線結(jié)點的位置與步驟B中結(jié)點位置重合,并記錄鉤碼個數(shù)和對應(yīng)的細線方向。(2)水平方向:4mgcosα=3mgcosβ。解得:,答案:(1)細線的方向　結(jié)點的位置O　鉤碼個數(shù)結(jié)點位置與步驟B中結(jié)點位置重合　鉤碼個數(shù)和對應(yīng)的細線方向　(2),【高考題組】4.(2011·江蘇高考)某同學(xué)用

21、如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”,彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M。彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結(jié)點O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向。,(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示數(shù)為　　　　N。(2)下列不必要的實驗要求是　　　　。(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A.應(yīng)測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應(yīng)在

22、使用前校零C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程,請您提出兩個解決辦法。,【解析】(1)根據(jù)彈簧測力計的指針位置以及讀數(shù)規(guī)則可知A的示數(shù)為3.6N。(2)要驗證的關(guān)系是A、B兩個彈簧測力計的拉力的合力與M的重力等大反向,所以應(yīng)測量M所受的重力。為減小測量誤差,應(yīng)該做到彈簧測力計使用前校零,拉力的方向與木板平面平行,A、B、C對

23、。改變拉力進行多次實驗,O點位置可以不同,D錯。,(3)A的拉力超過其量程,為減小A的數(shù)值,有多種方法。例如,使B拉力減小,減小M的重力大小,A換成量程更大的彈簧測力計,改變B的拉力方向等。答案:(1)3.6　(2)D(3)使B拉力減小;減小M的重力大小;A換成量程更大的彈簧測力計或改變B的拉力方向等(任選兩個),5.(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

24、。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(jié)點拉到相同位置,(2)同學(xué)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

25、長B.彈簧秤、細繩、橡皮條都應(yīng)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(yīng)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)本實驗利用等效法: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,這要求將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置,即橡皮條沿相同方向拉到相同長度,故B、D正確;A、C都未限制方向,無法保證效果相同。,(2)若驗證一個力F′是否為力F1和F2

26、的合力時,必須作出各力的圖示,則應(yīng)記錄力的三要素:作用點、大小、方向,細繩應(yīng)適當(dāng)長一些,標記同一細繩方向的兩點要遠些便于確定力的方向,減少偏差,但沒必要兩細繩必須等長,故A不正確、D正確。為了避免彈簧秤的外殼與彈簧秤的限位卡之間有摩擦,確保彈簧秤、細繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行,并使細繩與彈簧秤的軸線在同一條直線上,故B正確。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,以減小相對誤差,但沒必要拉力之差盡可能大,故C不正確。

27、答案:(1)B、D　 (2)B、D,6.(2009·山東高考)某同學(xué)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(shè)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,另一端與第二條橡皮筋連接,結(jié)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

28、c.測量懸掛重物后橡皮筋的長度d.記錄懸掛重物后結(jié)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)必需測量橡皮筋的原長和懸掛重物后橡皮筋的長度,這樣才能確定橡皮筋的伸長量,確定各力的大小,還需記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置,同時記下三條橡皮筋所在的方向,以便確定各拉力的方向,根據(jù)平行四邊形定則作出合力的圖示。