2022年高一物理 第一章 力 驗(yàn)證力的平行四邊形定則教案

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1、2022年高一物理 第一章 力 驗(yàn)證力的平行四邊形定則教案1基本測(cè)量工具和測(cè)量數(shù)據(jù) 基本測(cè)量工具及其使用 彈簧秤測(cè)兩個(gè)分力的大小和等效合力的大小量角器測(cè)量由平行四邊形定則作圖得到的合力F與用一個(gè)彈簧秤直接拉出的合力F的夾角刻度尺（或者繪圖三角板）則是作力的方向時(shí)畫線和用一定比例長(zhǎng)度表示力的大小使用彈簧秤應(yīng)注意：使用前要先調(diào)到零點(diǎn)，再用標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢查示值是否準(zhǔn)確，如不準(zhǔn)，可以旋轉(zhuǎn)卡在彈簧圈的三角形鋼片來(lái)改變彈簧的工作圈數(shù)，對(duì)于示值偏大的，應(yīng)把三角片向上擰幾圈，減少?gòu)椈傻墓ぷ魅?shù)，增大勁度系數(shù)；對(duì)于示值偏小的則采取相反措施。使用時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)方向和所測(cè)拉力方向要一致。彈簧、指針、拉桿都不要與刻度板和刻

2、度板末端的限位卡發(fā)生磨擦。（2）測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字。J2104型測(cè)力計(jì)，其刻度是“0-5牛”，分度值0.1牛，在任意點(diǎn)的示值誤差都不大于0.05牛，因此測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字末位就在精度的同一位，只準(zhǔn)確到0.1牛即可，若無(wú)估讀，則在百分位上補(bǔ)“0”表示測(cè)量的準(zhǔn)確度。在實(shí)際應(yīng)用中，還存在分度值為0.2牛的條形測(cè)力計(jì)，使用估讀時(shí)可以將每1分度分為2等分，若指針超過(guò)1等分即超過(guò)半格就算1個(gè)分度值0.2牛，小于1等分即未超過(guò)半格就舍去，這樣的示值誤差也不大于0.05牛，測(cè)量數(shù)據(jù)的有效數(shù)字末位就在精度的同一位，若無(wú)估讀仍不需在百分位補(bǔ)“0”。量角器的測(cè)量角度值準(zhǔn)確到1即可，由實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得知：在兩個(gè)分力都不小于

3、2牛、分力夾角不大于90的條件下，用作圖得到的合力F跟實(shí)測(cè)結(jié)果F比較，在方向上相差一般不超過(guò)5，無(wú)估讀時(shí)在有效數(shù)字末位補(bǔ)“0”2實(shí)驗(yàn)條例與點(diǎn)撥實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)器材 方木板一塊測(cè)力計(jì)兩個(gè)細(xì)繩兩段橡皮條一段白紙鉛筆刻度尺量角器圖釘 點(diǎn)撥：測(cè)力計(jì)可以只用一個(gè)，分別測(cè)出兩個(gè)分力，雖然操作較麻煩，但可避免兩個(gè)測(cè)力計(jì)的不一致性帶來(lái)的誤差。實(shí)驗(yàn)原理利用測(cè)力計(jì)測(cè)力作矢量圖驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)步驟（1）把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)。 （2）用兩條細(xì)繩結(jié)在橡皮條的另一端，通過(guò)細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度拉橡皮條，橡皮條伸長(zhǎng)，使結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到O點(diǎn)（如圖2-1） 點(diǎn)撥：經(jīng)驗(yàn)得知兩個(gè)分力F1、F2間夾角

4、越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把角取得太大，一般不大于90為最佳。橡皮條、細(xì)繩、測(cè)力計(jì)應(yīng)在同一平面內(nèi)，測(cè)力計(jì)的掛鉤應(yīng)避免與紙面磨擦。（3）用鉛筆記下O點(diǎn)的位置，畫下兩條細(xì)繩的方向，并記下兩個(gè)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。 點(diǎn)撥：拉橡皮條的細(xì)線要長(zhǎng)些，標(biāo)記每條細(xì)線方向的方定是使視線通過(guò)細(xì)線垂直于紙面，在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個(gè)定點(diǎn)的位置，并使這兩個(gè)點(diǎn)的距離要盡量遠(yuǎn)些。（4）在紙上按比例作出兩個(gè)力F1、F2的圖示，用平行四邊形定則求出合力F。點(diǎn)撥：作圖要用尖鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴(yán)格的幾何方定作出平行四邊形，圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個(gè)力的大小和方向。（5）只

5、用一個(gè)測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O點(diǎn)，記下測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，按同樣的比例作出這個(gè)力F的圖示，比較F與用平行四邊形定則求得的合力F，比較合力大小是否相等，方向是否相同。（6）改變F1和F2的夾角和大小，再做兩次。點(diǎn)撥：改變分力大小和夾角再做兩次時(shí)，每次都把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，為了直觀地看出分力可能大于合力，可以使其中一次兩個(gè)分力的夾角大于120。實(shí)驗(yàn)記錄項(xiàng)目次數(shù) 分力F1（牛） 分力F2（牛） 用平行四邊形定則作圖量出合力F 用一個(gè)測(cè)力計(jì)直接測(cè)出F1、F2的合力F F與F的夾角（度） 1 2.0 2 3 點(diǎn)撥（1）：實(shí)驗(yàn)中根據(jù)記錄兩個(gè)分力F1、F2的夾角a和對(duì)應(yīng)的一

6、個(gè)彈簧秤測(cè)出的實(shí)際合力F描點(diǎn)作圖象，如圖2-2所示，則由圖象可求出這個(gè)彈簧秤的實(shí)際拉力的值域和對(duì)應(yīng)分力的值域。對(duì)（甲）圖，由|F1-F2|=2牛，F(xiàn)1+F2=10牛，得F2牛，10牛F1（或F2）4牛，6牛；對(duì)（乙）圖由|F1-F2|=2，F(xiàn)+F22=102得F2牛，14牛，F(xiàn)1（或F2）6牛，8牛。點(diǎn)撥（2）：互成角度兩個(gè)力的合力的變化，看橡皮條結(jié)點(diǎn)O的位置變化，而在每次實(shí)驗(yàn)中橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置是不能改變的。點(diǎn)撥（3）：綜上所述，本實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)源有：用兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和測(cè)力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi)，這樣兩個(gè)測(cè)力計(jì)的水平分力的實(shí)際合力比由作圖法得到的合力小。結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)測(cè)力計(jì)

7、的方向畫得不準(zhǔn)，造成作圖的誤差。兩個(gè)分力的起始夾角a太大，如大于120，再重做兩次實(shí)驗(yàn)，為保證結(jié)點(diǎn)O位置不變（即保證合力不變），則a變化范圍不大，因而測(cè)力計(jì)示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差大。作圖比例不恰當(dāng)造成作圖誤差。實(shí)驗(yàn)中易混淆的是：量角器測(cè)量的F與F的偏角與不需測(cè)量的F1與F2的夾角a。易錯(cuò)的是：由作圖法得到的合力F和單個(gè)測(cè)力計(jì)測(cè)量的實(shí)際合力F錯(cuò)亂。易忘的是：忘記檢查測(cè)力計(jì)的零點(diǎn)，忘了記下用一個(gè)彈簧秤測(cè)量的實(shí)際合力F的大小和方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)論用平行四邊形定則作圖量出兩個(gè)分力F1、F2的合力F與用一個(gè)測(cè)力計(jì)直接測(cè)出的合力F，在誤差范圍內(nèi)是相等的。3實(shí)驗(yàn)變通變通（1）：在驗(yàn)證兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力合成遵從

8、平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中，只用一個(gè)測(cè)力計(jì)，其他的器材不變，請(qǐng)敘述實(shí)驗(yàn)步驟和方法。變通（2）：不用彈簧秤，只用三條相同的橡皮條、四個(gè)圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板也可以驗(yàn)證平行四邊形定則、其步驟、方法如下：將三條橡皮的一端都拴在一個(gè)圖釘O上，將這三條橡皮的另一端分別再拴一個(gè)圖釘A、B、C，注意此時(shí)四個(gè)圖釘均未固定在板上，如圖2-3。用刻度尺測(cè)出橡皮條的自由長(zhǎng)度L0，注意從圖釘腳之間測(cè)起。將拴有橡皮的圖釘A、B適當(dāng)張開釘在木板上，拉第三根橡皮C，即使三條橡皮互成角度拉伸，待節(jié)點(diǎn)處的圖釘O靜止時(shí)，釘下C圖釘，并記錄圖釘O的位置（注意此時(shí)O圖釘不能釘）記錄圖釘A、B、C的位置，（此時(shí)圖釘有孔

9、，不需鉛筆）測(cè)出這三條橡皮的長(zhǎng)度L1、L2、L3，分別算出它們的伸長(zhǎng)量X1= L1-L0，X2= L2-L0，X3= L3-L0。將X1、X2、X3按一定比例圖示出來(lái)，以X1、X2為鄰邊作平行四邊形，求出其對(duì)角線OC，比較OC與OC的長(zhǎng)度（即X3的長(zhǎng)度）相等，且在一條直線上，則達(dá)到目的，若OC與OC有一微小夾角，則有誤差（圖2-3所示）。本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)圖釘O受到三個(gè)平面共點(diǎn)力而靜止，任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等方向相反的原理。4練習(xí)（1）在互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合成實(shí)驗(yàn)中，用A、B兩只彈簧秤把結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O，這時(shí)兩繩套AO、BO的夾角AOB90，如圖2-4所示，現(xiàn)改變彈簧秤A的拉力方向

10、而不改變拉力大小，使a角減小，那么要使結(jié)點(diǎn)仍被拉到O點(diǎn)就應(yīng)調(diào)整彈簧秤B的拉力大小及角，則下列調(diào)整方法可行的是 A. 增大彈簧秤B的拉力的同時(shí)增大角 B增大彈簧秤B的拉力的同時(shí)保持角不變C保持B的拉力大小不變，增大角D增大B的拉力的同時(shí)減小角（2）在互成角度的兩個(gè)力的合成實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用長(zhǎng)釘代替圖釘固定橡皮條于A點(diǎn)，操作時(shí)，一個(gè)測(cè)力計(jì)向上仰角為a，另一個(gè)測(cè)力計(jì)向下傾角為，而只用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)時(shí)，測(cè)力計(jì)保持水平，如圖2-5所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出了圖2-6，則下列說(shuō)定正確的是 A圖2-6中標(biāo)出的F1、F2和F、F四個(gè)力，其中F不是由測(cè)力計(jì)直接測(cè)量的。B圖2-6中F1偏大，F(xiàn)2偏小C圖2-6中F1、F2均偏大D由作圖得到的合力大于由一個(gè)測(cè)力計(jì)直接測(cè)量的合力（3）在兩個(gè)共點(diǎn)力的合成實(shí)驗(yàn)中，在兩個(gè)測(cè)力計(jì)F1、F2拉力作用下，橡皮條結(jié)點(diǎn)在O點(diǎn)，現(xiàn)只保持一個(gè)測(cè)力計(jì)的方向不變時(shí)（設(shè)只保持分力F2的方向不變），改變另一個(gè)分力F1的大小和方向，使結(jié)點(diǎn)回到原位置O點(diǎn)，則F1和F2的大小和方向關(guān)系如何？