物理实验三 验证力的平行四边形定则 .ppt

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1、实验三 验证力的平行四边形定则实验准备实验目的(1)掌握弹簧测力计的正确使用方法.(2)验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则，培养用作图法处理问题的能力.实验原理作用效果作用效果合力等效法：使一个力 F的_和两个力 F1、F2 的_相同，都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某一固定点，所以力 F就是力 F1 与 F2 的_，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 和 F的大小和方向是否都相同.实验器材方木板、弹簧测力计两个、白纸、橡皮条一段、细绳套两个、图钉(若干)、三角板、刻度尺、铅笔.实验过程实验步骤方木板橡皮条橡皮条(1)用图钉把白纸

2、钉在水平桌面上的_上.(2)用图钉把_的一端固定在 A 点，_的另一端拴上两个细绳套.弹簧测力计读数 F1 和 F2(3)用两个_分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使_伸长到某一位置 O，如图 S3-1 所示，记录两个弹簧测力计的_，用铅笔描下_的位置及此时两_的方向.O 点细绳套橡皮条 图 S3-1(4)只用一个_ 通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的_，记下弹簧测力计的_.(5)改变两个力 F1 与 F2 的大小和夹角再重复实验两次.实验结论位置 O读数 F和细绳的方向用_作图并量出两个分力的合力与用一个测力计直接测出的合力，在误差允许范围内是相等的.改变力 F1 和 F2 的大小和方向，

3、重做上述实验，可以得到同样的结论.弹簧测力计平行四边形定则实验分析注意事项(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_的同一平面内.平行大结点位置 O(2)使用弹簧测力计时，拉力适当_一些.(3)同一次实验中，橡皮条拉长后的_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，尽量使图画得大些.(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.误差分析(1)用两个弹簧测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳套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

4、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.【基础检测】1.本实验采用的科学方法是_.A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法答案：B到某一确定的 O 点，以下说法中错误的是(2.(多选)在做“互成角度的两个力的

5、合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉)A.同一实验过程中，O 点位置不允许变动B.实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度线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，然后只需调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到 O 点D.实验中，把橡皮条另一端拉到 O 点时，两弹簧测力计之间的夹角应取 90，以便于算出合力大小答案：CD.考点 1 实验操作考查典例剖析例 1：(2015年广东阳东一中、广雅中学联考)完成以下“验证力的平行四边形定则”实验的几个主要步骤：(1)如图 S3-2 甲所示，用两个弹簧测力计分

6、别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，记下结点 O 的位置、两弹簧测力计的读数 F1、F2 以及_.(2)如图乙，用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到_，记下细绳套的方向 Oc，读得弹簧测力计的示数 F_.(3)如图丙，按选定的标度作出了力 F1、F2 的图示，请在图丙中：a.按同样的标度作出力 F 的图示.b.按力的平行四边形定则作出 F1、F2 的合力 F.甲丙乙图 S3-2解析：(1)该实验采用的是“等效替代”，用两只弹簧测力计拉橡皮条时，需记下两弹簧测力计的示数和两细绳套的方向.(2)用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到同一位置 O，由弹簧测力计读出拉力为 4

7、.0 N；(3)根据力的平行四边形定则画出力的图示.答案：(1)两细绳套的方向(2)O 点的位置 4.0 N(3)如图 S3-3 所示.图 S3-3【考点练透】1.(2014 年江苏卷)小明通过实验验证力的平行四边形定则：(1)实验记录纸如图 S3-4 所示，O 点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力 F1 和 F2 的方向分别过 P1 和 P2 点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力 F3 的方向过 P3 点.三个力的大小分别为：F13.30 N、F23.85 N 和 F34.25 N.请根据图中给出的标度作图求出 F1 和 F2 的合力.图 S3-4(2)仔细分析实验，小

8、明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了“拉伸过程对橡皮筋弹性的影响”.实验装置如图 S3-5 所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于 O 点，下端 N 挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动 N，在白纸上记录下 N 的轨迹.重复上述过程，再次记录下 N 的轨迹.图 S3-5图 S3-6两次实验记录的轨迹如图 S3-6 所示.过 O 点作一条直线与轨迹交于 a、b 两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到 a 和 b 时所受拉力 Fa、Fb 的大小关系为：_.(3)根据(2)中的实

9、验，可以得出的实验结果有哪些？_(填选项前的字母).A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时，橡皮筋第 2 次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第 2 次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.由平衡条件易得橡皮筋的拉力 F，可见 相同时橡皮筋拉解析：(1)根据图中所给标度作出力 F1 和 F2 的图示，以 F1和 F2 为邻边作平行四边形，画出对角线，量出其长度，可得F1 和 F2 的合力大小 F合4.70 N.(2)分析端点 N 受力，设橡皮筋与竖直方

10、向间的夹角为，mgcos 力相同.(3)题图 3 中 ab 表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差，易知 A 错误、B 正确.由图中的两轨迹间的距离变化可知，越大时长度差越大，结合 Fmgcos 知对应的拉力越大，故 D 正确.因同样拉力下橡皮筋第 2 次长度较长，故同样长度下橡皮筋第2 次所受拉力较小，C 错误.(4)从能在记录纸上完成实验的角度考虑有：橡皮筋不宜过长，O 点位置应靠近木板边缘，所选标度不能过小或过大等；从能测出拉力及减小相对误差角度考虑有：拉力不宜过大或过小，两力之间夹角不宜过大或过小等；从能保证两次测量中力的作用效果相同的角度来考虑有：选用新的、弹性好的橡皮筋或换用弹性好的轻

11、弹簧等.答案：(1)如图 D10 所示(F合4.64.9 均正确)(2)FaFb (3)BD(4)橡皮筋拉伸不宜过长；选用新橡皮筋.(或：拉力不宜过大；选用弹性好的橡皮筋；换用弹性好的轻弹簧.)图 D102.(2015 年湖南长沙模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图 S3-7 甲所示，其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 和 OC 为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.甲乙图 S3-7(1)如果没有操作失误，图乙中的 F 与 F两力中，方向一定沿 AO 方向的是_.(2)实验时，主要的步骤是：A.在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把

12、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，结点到达某一位置 O.记录下 O 点的位置，读出两个弹簧测力计的示数.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.只用一个弹簧测力计，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：有重要遗漏的步骤的序号是_ 和_.遗漏

13、的内容分别是：_和_.答案：(1)F(2)CE C 中应加上“记下两条细绳的方向”E 中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置 O”考点 2 实验数据处理重点归纳1.用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳的方向画直线，按选定的标度作出这两个弹簧测力计的读数 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.2.用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的 F的方向作出这个弹簧测力计的拉力 F的图示.3.比较 F和平行四边形定则求出的合力 F 在大小和方向上是否相同.典例剖析例 2：(2015 年山东卷)某同学通过下述实验

14、验证力的平行四边形定则.实验步骤如下：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向.甲乙图 S3-8F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05如图 S3-8 甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为 O1、O2，记录弹簧秤的示数 F，测量并记录 O1、O2 间的距离(即橡皮筋的长度 l).每次将弹簧秤示数改变 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：找出中 F2.50 N 时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的

15、拉力记为 F OO.在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示.用两圆珠笔笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端到达 O 点，将两笔笔尖的位置标记为 A、B，橡皮筋OA 段的拉力记为 FOA，OB 段的拉力记为 FOB.完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在如图 S3-9 所示的坐标纸上画出 F-l 图线，根据图线求得 l0_cm.图 S3-9(2)测得 OA 6.00 cm，OB 7.60 cm，则 FOA 的大小为_N.(3)根据给出的标度，在图 S3-10 中作出 FOA 和 FOB 的合力F的图示.图 S3-10(4)通过比较 F与_的大小和方向，即可得出实验结论

16、.解析：(1)作出 F-l 图象，如图 S3-11 甲所示，求得直线的截距即为 l0，可得 l010.0 cm.甲 乙图 S3-11(2)可计算橡皮筋的劲度系数kFx2.50.05N/m50 N/m若 OA6.00 cm，OB7.60 cm，则橡皮筋的弹力为Fkx50(6.007.6010.00)102 N1.80 N则此时 FOAF1.80 N.(3)FOBFOA1.80 N，两力的合力 F如图乙所示.(4)通过比较 F和FOO的大小和方向，可得出实验结论.答案：(1)10.0(9.810.1 均正确)(2)1.80(1.701.90 均正确)(3)如图乙所示.(4)FOO备考策略：实验数据

17、的处理在实验中占重要的地位，也是高考经常考查的内容，如研究匀变速直线运动中的逐差法、探究弹簧弹力与形变量的关系中的图象法，以及本实验的作图法，都是要掌握的内容.【考点练透】3.小明同学在学完力的合成与分解后，想在家里做实验验证力的平行四边形定则.他从学校的实验室里借来两只弹簧测力计，按如下步骤进行实验.甲乙图 S3-12A.在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向B.在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧测力计的读数 FC.将一根大约 30 cm 长的细线从可悬挂水杯的环中穿过，再将细线两端拴在两个弹簧测力计的挂钩上.在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧测力计的读数

18、相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数，如图 S3-12 甲所示D.在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力 F(1)在步骤 C 中，弹簧测力计的读数为_N.(2)在步骤 D 中，合力 F_N.(3)若_，就可以验证力的平行四边形定则.(3)F近似在竖直方向，答案：(1)3.00 (2)5.8(5.66.0)且数值与 F 近似相等弹力 F/N0.501.001.502.002.503.003.50 伸长量 x/(102 m)0.741.802.803.724.605.586.424.在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、

19、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一个弹簧测力计.(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：请在图 S3-13 中画出图象，并求得该弹簧的劲度系数 k_N/m.图 S3-13(2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图 S3-14 所示，其读数为_N;同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为 2.50 N，请画出这两个共点力的合力 F合.图 S3-14(3)由(2)画出的图得到 F合_N.甲乙图 S3-15(4)某次实验中甲、乙两位同学得到的结果如图 S3-15 所示，其中_同学的实验结果比较符合实验事实(力 F是用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示).(5)在以

20、上实验结果比较符合实验事实的一位同学的实验中，造成误差的主要原因是：_(至少写出两种情况)答案：(1)如图 D11 所示.55(2 内均可)(2)2.10(有效数字位数正确，0.02 内均可)如图 D12 所示.(3)3.4(0.2 内均可)(4)甲(5)FC 读数比真实值偏小；确定力的方向不准、作图不准.图 D11图 D12考点 3 拓展创新实验重点归纳探究高考创新命题视角以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现拓展性、开放性、探究性等特点.视角 1 考查对实验原理的理解、实验方法的迁移视角 2 实验器材的改进(1)橡皮筋弹簧秤三个相同的橡皮筋，可将

21、三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则.(2)使用力的传感器用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则.(3)钩码弹簧秤典例剖析例 3：(2014 年河北石家庄二模)某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定则，设计了如下实验：甲乙图 S3-16(1)将橡皮筋的两端分别与两条细线相连，测出橡皮筋的原长.(2)将橡皮筋一端用细线固定在竖直板上的 M 点，在橡皮筋的中点 O 再用细线系一重物，重物自然下垂，如图 S3-1

22、6 甲所示.(3)将橡皮筋另一端用细线固定在竖直板上的 N 点，如图乙所示.为完成实验，下述操作中必需的是_(填正确答案字母).A.橡皮筋两端连接的细线长度必须相同B.要测量图甲中橡皮筋 Oa 和图乙中橡皮筋 Oa、Ob 的长度C.M、N 两点必须在同一高度处D.要记录图甲中 O 点的位置及过 O 点的竖直方向E.要记录图乙中结点 O 的位置、过结点 O 的竖直方向及橡皮筋 Oa、Ob 的方向解析：由于橡皮筋的弹力大小与形变量成正比，故可以用橡皮筋的形变量等效替代弹力大小来作平行四边形进行实验验证，与连接橡皮筋的细线长度无关，故本题需要测量橡皮筋的原长以及被重物拉伸后的长度，A 选项错误，B

23、选项正确；题图甲、乙中重物最终受力平衡，验证的依据为共点力的平衡，物体的平衡与否与 M、N 两点是否在同一高度无关，C 选项错误；题图甲中的 O 点位置并不需要记录，受力平衡时橡皮筋的拉力一定在竖直方向，需要记录的是橡皮筋被拉伸后的长度及橡皮筋的原长，D 选项错误；对题图乙需要作出 MO 与 NO 的合力大小和方向与实际合力进行对比，故需要记录过结点 O 的竖直方向及橡皮筋 Oa、Ob 的方向，E 选项正确.答案：BE【考点练透】5.某同学利用如图 S3-17 所示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，每个钩码的重量相等，当

24、系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力 F1、F2 和 F3，回答下列问题：图 S3-17(1)改变钩码个数，实验能完成的是_(填正确答案字母).A.钩码的个数 N1N22，N34B.钩码的个数 N1N33，N24C.钩码的个数 N1N2N34D.钩码的个数 N13，N24，N35(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是_(填正确答案字母).A.标记结点 O 的位置，并记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向B.量出 OA、OB、OC 三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为图 S3-18 中_(填“甲”或“乙”)是正确的.乙甲图 S3-18答案：(1)BCD (2)A (3)甲