高考物理一輪復習 第2章 相互作用 實驗3 驗證力的平行四邊形定則課件.ppt

實驗三 驗證力的平行四邊形定則,誤差分析 1.誤差來源 除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 2.減小誤差的方法 (1)結點O 定位O點時要力求準確。 同一次實驗中橡皮條拉長后的O點必須保持不變。 (2)拉力 用彈簧測力計測拉力時要使拉力沿彈簧測力計軸線方向。 應盡量使橡皮條、彈簧測力計和細繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi)。 兩個分力F1、F2間的夾角不要太大或太小。,(3)作圖 在同一次實驗中，選定的比例要相同。 嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力。 注意事項 操作不忘“三”“二”“一” 用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩細繩方向和結點O的位置)，用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)等。,熱點一 實驗原理及實驗操作 【例1】 (2015·安徽理綜，21，)在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結點到達紙面上某一位置，如圖1所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：,圖1,用鉛筆描下結點位置，記為O； 記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應的點連成線； 只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置O，記錄測力計的示數(shù)F3，_ _； 按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3； 根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； 比較_的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應的改進后再次進行實驗。,解析 步驟中應記錄此時拉力的大小和方向，結合步驟的操作，中橫線應填寫：沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線。步驟要驗證平行四邊形定則，需要比較F與F3的大小，方向是否一致，故中橫線應填寫：F和F3 答案 沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線 F和F3,【變式訓練】 1.某實驗小組的同學在驗證力的平行四邊形定則時，操作過程如下： 將一張白紙固定在水平放置的木板上，橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩個細繩套，用兩個彈簧測力計互成角度地拉兩個細繩套，使細繩套和橡皮筋的結點位于圖2中的O點；,圖2,在白紙上記錄O點的位置和兩細繩套的方向，同時讀出兩彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2； 選取合適的標度在白紙上作出F1和F2的圖示，由平行四邊形定則作出F1和F2的合力F； 用一個彈簧測力計拉細繩套，使細繩套和橡皮筋的結點仍到達O點； 在白紙上記錄細繩套的方向，同時讀出彈簧測力計的讀數(shù)F； 按以上選取的標度在白紙上作出F的圖示，比較F和F的大小和方向； 改變兩細繩套的方向和彈簧測力計的拉力的大小，重復以上操作，得出實驗結論。,(1)對本實驗的下列敘述中正確的是_； A.兩次拉伸橡皮筋應將橡皮筋沿相同方向拉到相同長度 B.兩細繩套必須等長 C.每次都應將彈簧測力計拉伸到相同刻度 D.拉橡皮筋的細繩套要長一些，標記同一細繩套方向的兩點要遠一些 (2)某次操作時兩彈簧測力計的指針指在圖2中所示的位置，則兩彈簧測力計的讀數(shù)分別為FB_ N、FC_ N； (3)如果本實驗所用彈簧測力計的量程均為5 N。其中圖3甲中F13.00 N、F23.80 N，且兩力互相垂直；圖乙中F1F24.00 N，且兩力的夾角為30°；圖丙中F1F24.00 N，且兩力的夾角為120°。其中明顯不符合操作的是圖_。,圖3,解析 (2)由彈簧測力計的讀數(shù)規(guī)則可知FB3.20 N、FC2.60 N；(3)明顯不符合操作的是圖乙，因為圖中兩個力的合力超過了彈簧測力計的量程，若用一個彈簧測力計拉時拉不到O點。 答案 (1)AD (2)3.20 2.60 (3)乙,特別提醒 操作關鍵注意三點 (1)每次拉伸結果位置O必須保持不變。 (2)記下每次各力的大小和方向。 (3)畫力的圖示時應選擇適當?shù)臉硕取?熱點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 【例2】 (2015·山東理綜，21)某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟： 將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。 如圖4所示，將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上，另一端用圓珠筆尖豎直向下拉，直到彈簧秤示數(shù)為某一設定值時，將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2，記錄彈簧秤的示數(shù)F，測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50 N，測出所對應的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示：,圖4,找出中F2.50 N時橡皮筋兩端的位置，重新標記為O、O，橡皮筋的拉力記為FO O。,在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖5所示。用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達到O點，將兩筆尖的位置標記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB。,圖5,完成下列作圖和填空： (1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標紙(圖6)上畫出Fl圖線，根據(jù)圖線求得l0_cm。,圖6,(2)測得OA6.00 cm，OB7.60 cm，則FOA的大小為_N。,(3)根據(jù)給出的標度，在圖7中作出FOA和FOB的合力F的圖示。,圖7 (4)通過比較F與_的大小和方向，即可得出實驗結論。,解析 (1)做出Fl圖象，如圖甲所示，求得直線的截距即為l0，可得l010.0 cm。,(3)FOBFOA1.80 N，兩力的合力F如圖乙所示。 (4)通過比較F和FO O的大小和方向，可得出實驗結論。 答案 (1)如圖甲所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正確) (2)1.80(1.701.90均正確) (3)如圖乙所示 (4)FO O,【變式訓練】 2.用圖8甲所示的裝置做“驗證力的平行四邊形定則”實驗。,(1)某同學的實驗操作如下，請完成相關內(nèi)容。,圖8,在桌面上放一方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上。 用圖釘把橡皮條一端固定在A點，另一端系上兩根細繩，細繩的另一端系有繩套。 用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，橡皮條伸長，使結點到達某一位置O。記下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)，并_。 按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F。 只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O，_，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F的圖示。,(2)某次實驗中彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示，則兩彈簧測力計的拉力的大小分別為_ N、_ N。 (3)某同學完成驗證力的平行四邊形定則實驗操作后得到的數(shù)據(jù)如圖丙，請選好標度在方框中作圖完成該同學未完成的實驗處理。 結論：_。 (4)若兩個彈簧測力計的讀數(shù)分別為3.00 N、4.00 N，且兩彈簧測力計拉力方向的夾角為銳角，則_(選填“能”或“不能”)用一個量程為5 N的彈簧測力計測出它們的合力，理由是_。,解析 (1)用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，橡皮條伸長，使結點到達某一位置O，此時需要用鉛筆記下O點的位置和兩條細繩的方向，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)。 只用一個彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結點拉到同樣的位置O，此時需要讀出彈簧測力計的示數(shù)，并記下細繩的方向。 (2)兩個彈簧測力計的讀數(shù)分別為2.50 N和4.00 N。 (3)如圖所示。根據(jù)所作的圖象可得到的結論是：在誤差允許范圍內(nèi)，合力與分力是等效替代的關系，且互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則。,(4)不能，因為3.00 N和4.00 N兩個力的合力會大于5 N，超過彈簧測力計的量程。,答案 (1)記下兩條細繩的方向 讀出彈簧測力計的示數(shù) (2)2.50；4.00 (3)如圖所示；在誤差允許范圍內(nèi)，合力與分力是等效替代的關系，且互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則 (4)不能 超過彈簧測力計的量程,熱點三 實驗的改進與創(chuàng)新 以本實驗為背景，以實驗中操作的注意事項、誤差來源設置條件，或通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目。 1.考查對實驗原理的理解、實驗方法的遷移 2.實驗器材的改進 (1)橡皮筋彈簧測力計,(2)鉤碼彈簧測力計,【例3】 某同學找到一條遵循胡克定律的橡皮筋來驗證力的平行四邊形定則，設計了如下實驗：,圖9,(1)將橡皮筋的兩端分別與兩條細線相連，測出橡皮筋的原長； (2)將橡皮筋一端用細線固定在豎直板上的M點，在橡皮筋的中點O再用細線系一重物，重物自然下垂，如圖9甲所示；,(3)將橡皮筋另一端用細線固定在豎直板上的N點，如圖乙所示。 為完成實驗，下述操作中必需的是_(填正確答案標號)。 A.橡皮筋兩端連接的細線長度必須相同 B.要測量圖甲中橡皮筋Oa和圖乙中橡皮筋Oa、Ob的長度 C.M、N兩點必須在同一高度處 D.要記錄圖甲中O點的位置及過O點的豎直方向 E.要記錄圖乙中結點O的位置、過結點O的豎直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向,解析 由于橡皮筋的彈力大小與形變量成正比，故可以用橡皮筋的形變量等效替代彈力大小來作平行四邊形進行實驗驗證，與連接橡皮筋的細線長度無關，故本題需要測量橡皮筋的原長以及被重物拉伸后的長度，選項A錯誤，B正確；題圖甲、乙中重物最終受力平衡，驗證的依據(jù)為共點力的平衡，物體的平衡與否與M、N兩點是否在同一高度無關，選項C錯誤；題圖甲中的O點位置并不需要記錄，受力平衡時橡皮筋的拉力一定在豎直方向，需要記錄的是橡皮筋被拉伸后的長度及橡皮筋的原長，選項D錯誤；對題圖乙需要作出MO與NO的合力大小和方向與實際合力進行對比，故需要記錄過結點O的豎直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向，選項E正確。 答案 BE,【變式訓練】 3.有同學利用如圖10所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子打一個結點O，每個鉤碼的重量相等，當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題：,圖10,(1)改變鉤碼個數(shù)，實驗能完成的是_(填正確答案標號)。 A.鉤碼的個數(shù)N1N22，N34 B.鉤碼的個數(shù)N1N33，N24 C.鉤碼的個數(shù)N1N2N34 D.鉤碼的個數(shù)N13，N24，N35 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是_(填正確答案標號)。 A.標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B.量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C.用量角器量出三段繩子之間的夾角 D.用天平測出鉤碼的質(zhì)量,(3)在作圖時，你認為下圖中_是正確的。(填“甲”或“乙”),解析 (1)實驗中的分力與合力的關系必須滿足： |F1F2|F3F1F2，因此B、C、D選項是可以的。 (3)實驗中F3是豎直向下的。 答案 (1)BCD (2)A (3)甲,1.在豎直平面內(nèi)，將小圓環(huán)掛在橡皮條的下端，橡皮條的長度為GE。用兩個彈簧測力計拉動小圓環(huán)到O點，小圓環(huán)受到作用力F1、F2和橡皮條的拉力F0，如圖11所示。,圖11,(1)此時要記錄下拉力F1、F2的大小，并在白紙上作出_，以及O點的位置。 (2)實驗中，不必要的是_。 A.選用輕質(zhì)小圓環(huán) B.彈簧測力計在使用前應校零 C.撤去F1、F2，改用一個力拉小圓環(huán)，仍使它處于O點 D.用兩個彈簧測力計拉動小圓環(huán)時，要保持兩彈簧測力計相互垂直 (3)圖12中F是用一個彈簧測力計拉小圓環(huán)時， 在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖示。F與F 中，方向一定沿GO方向的是_。,圖12,解析 (1)力是矢量，既有大小，又有方向，因此除了需要記錄拉力F1、F2的大小，還要記錄這兩個力的方向。 (2)本實驗的目的是探究求合力的方法，因此應是任意情況下的兩個力與合力的關系，故選項D錯誤；選用輕質(zhì)小圓環(huán)是為了減小水平方向偏移的誤差；合力與分力之間是等效替代的關系，撤去F1、F2，改用一個力拉小圓環(huán)，仍使它處于O點，以確保等效；彈簧測力計在使用前校零，是為了使讀數(shù)準確，故選項A、B、C是必要的。 (3)當用一個彈簧測力計拉小圓環(huán)時，因圓環(huán)為輕質(zhì)小圓環(huán)，故彈簧測力計的拉力與橡皮條的拉力平衡，其方向一定與橡皮條的拉力方向相反，即一定沿GO方向的是F。 答案 (1)兩個力的方向 (2)D (3)F,2.某同學在做“驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則”實驗，試完成下列問題。 (1)主要的兩個實驗步驟如下： 把橡皮條的一端用圖釘固定于P點，同時用兩個彈簧測力計將橡皮條的另一端拉到位置O。這時兩彈簧測力計的示數(shù)如圖13甲所示，則兩彈簧測力計的讀數(shù)分別為FA_ N、FB_ N。,甲,假如橡皮條的自由端僅用一個彈簧測力計拉著，也把它拉到O點位置，彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示，則FC_ N。,圖13,(2)用4 mm表示1 N，在圖丙中作出力FA、FB和FC的圖示。根據(jù)平行四邊形定則在圖丙中作出FA和FB的合力F，F(xiàn)的大小為_N。 (3)實驗的結果能否驗證平行四邊形定則：_(選填“能”或“不能”)。,解析 (1)題中所用彈簧測力計的分度值為0.1 N，因此讀數(shù)時應保留兩位小數(shù)。 (2)根據(jù)平行四邊形定則作出FA和FB的合力F，如圖所示，由圖示可求得合力：F6.08 N。,(3)在誤差允許范圍內(nèi)，由平行四邊形定則作出的FA和FB的合力與FC相等，這說明能驗證平行四邊形定則。 答案 (1)3.40 4.00 6.00 (2)如圖所示 6.08 (3)能,