人教版高中物理一轮复习课件：实验2 验证力的平行四边形定则 40页

实验二 验证力的平行四边形定则 1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则 2.培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力 等效思想：使一个力F′的作用效果和两个力F1和F2的作用效果 相同，就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点O，即伸长 量相同，所以F′为F1和F2的合力，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、F′在实 验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同. 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、 三角板、刻度尺、图钉、铅笔. 1.用图钉把白纸钉在方木板上 2.把方木板平放在桌面上，用图钉把 橡皮条的一端固定在A点，如图所示， 橡皮条的另一端拴上两个绳套 3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套， 互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O.用铅笔描下O 点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数.注意 在使用弹簧测力计的时候，要使它的弹簧与木板平面平行 4.用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳套的方向画 直线，按选定的标度作这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示， 以F1和F2为邻边利用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平 行四边形的对角线，即为合力F的图示 5.只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同一位 置O.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 6.比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向， 在实验误差允许的范围内看它们是否相等 7.改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验 1.弹簧测力计本身不够准确造成系统误差 2.弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差 1.使用弹簧测力计前，要先观察指针是否指在零刻度处，若指 针不在零刻度处，要设法调整指针，使之指在零刻度处.再将两 个弹簧测力计的挂钩钩在一起，向相反方向拉，如果两个示数 相同方可使用 2.实验中的两个细绳套不要太短 3.在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同 4.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不 宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜 5.在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向.弹 簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的 同一平面内.要防止弹簧测力计卡壳，防止弹簧测力计或橡皮条 与纸面有摩擦 6.在同一实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当 选定标度，使力的图示稍大一些 本实验在实际操作中，发现很难做到弹簧测力计的拉力方向在 水平面上，致使作图法获得的合力F与用一个弹簧测力计拉结点 在同一位置O时的力F′误差较大，为防止这种情况的出现，可 以在竖直面内进行该实验，这样就较容易控制弹簧测力计的拉 力在同一平面内.当然也可以用专门的验证力的平行四边形定则 的实验仪器进行实验. 实验原理和实验过程 【例证1】(2012·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． (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)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 (3) 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.只用一只弹簧测力计，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：①有重要遗漏的步骤的序号是______和______； ②遗漏的内容分别是______和______． 【规范解答】(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定 沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存 在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′. (2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效 果可以等效替代，故B正确. (3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知， 有重要遗漏的步骤的序号是C、E. ②在C中未记下两条细绳的方向，E中未说明是否把橡皮条的结 点拉到同一位置O. 答案：(1)F′ (2)B (3)①C E ②C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” 实验数据处理 【例证2】(2012·海口模拟)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，沿着两个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，如图所示．这 时弹簧测力计的读数可从图中读出． (1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为______N和 ______N. (2)在如图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们 的合力． 【规范解答】(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N，读数时应估 读一位，所以读数分别为2.50 N和4.00 N. (2)取一个小方格的边长表示0.50 N，作出两个力及它们的合力 如图所示. 答案：(1)2.50 4.00 (2)见规范解答 1.(2012·盐城模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验 中，某同学第一步用一个弹簧测力计钩住细绳套拉橡皮条，使 结点到达某一位置O；第二步用两个弹簧测力计分别钩住两个细 绳套互成角度地拉橡皮条，使结点到达同一位置O.第二步中必 须记录的是( ) A.两细绳的长度和两细绳的方向 B.橡皮条伸长的长度和两细绳的方向 C.两弹簧测力计的读数和橡皮条伸长的长度 D.两细绳套的方向和两弹簧测力计的读数 【解析】选D.力的合成与分解都要满足平行四边形定则，因此 必须要知道力的大小和方向，才能作出力的平行四边形，A、B、 C错误,D正确. 2.(2012·大连模拟)如图所示是甲、乙两位同学在“探究力的 平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个 分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断 ______(选填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的． 【解析】由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边形定则 所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条 时的拉力，显然F′的方向应在细绳的方向上，因甲同学F′的 方向与细绳在同一直线上，故甲同学的实验是符合事实的．本 题解答的焦点在F′的方向的确定上．两位同学的实验结果都有 误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′的方向的确定上违背 了实验的要求，作图是错误的． 答案：甲 3.(2012·南通模拟)某同学在家中尝试验证平行四边形定则， 他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及 刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验： 将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端 与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过 细绳挂一重物. (1)为完成实验，下述操作中必需的是______. a.测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点O的位置 (2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采 用的方法是______. 【解析】(1)必须测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长 度，这样才能确定橡皮筋的伸长量，确定各力的大小，还需记 录悬挂重物后结点O的位置，同时记下三条橡皮筋所在的方向， 以便确定各拉力的方向，根据平行四边形定则作出合力的图示. 因此，必需的操作是b、c、d. (2)改变条件再次验证可采用更换不同的小重物的方法. 答案：(1)b、c、d (2)更换不同的小重物 4.(2011·江苏高考)某同学用如图所示的实验装置来验证“力 的平行四边形定则”，弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线 挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向 左拉，使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示 数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向. (1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为___N. (2)下列不必要的实验要求是_____.(请填写选项前对应的字母) A.应测量重物M所受的重力 B.弹簧测力计应在使用前校零 C.拉线方向应与木板平面平行 D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置 (3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量 程，请您提出两个解决办法. 【解题指南】解答本题时应注意： (1)弹簧测力计的读数要求； (2)该实验与教材实验有何相同点和不同点. 【解析】(1)根据弹簧测力计的指针位置以及读数规则可知A的 示数为3.6 N. (2)要验证的关系是A、B两个弹簧测力计的拉力的合力与M的重 力等大反向，所以应测量M的重力.为减小测量误差，应该做到 弹簧测力计使用前校零，拉力的方向与木板平面平行，A、B、C 对.改变拉力进行多次实验，O点位置可以不同，D错. (3)A的拉力超过其量程，为减小A的数值，有多种方法，例如： 使B拉力减小，减小M的重力大小，A换成量程更大的弹簧测力 计，改变B的拉力方向等. 答案：(1)3.6 (2)D (3)使B拉力减小；减小M的重力大小；A换成量程更大的弹簧测 力计或改变B的拉力方向等(任选两个) 5.(2012·梅州模拟)共点的两个力的合成实验中，(1)目的是验 证两个共点力合成时遵循______法则.实验时已提供的器材有： 方木板、白纸、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图 钉(多个),还缺少的必要的器材是______. (2)在互成角度二力合成的实验中某学生有如下操作步骤，试按 合理的顺序将步骤序号填在下面的线上______. A.只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条结点拉到O点，记 下弹簧测力计读数F和细绳方向. B.把橡皮条一端固定在木板上，在橡皮条另一端拴上两根细绳 套(此端交点称为结点). C.用两个弹簧测力计通过两个互成角度的细绳套拉橡皮条,使之 伸长到一定长度,在白纸上记下结点位置O,同时记下两个弹簧测 力计读数F1、F2和两根细绳方向. D.把白纸钉在木板上. E.改变F1、F2的大小和方向，重做两次实验. F.用同一比例图示F1、F2和F，作图求出F1和F2合力F′，比较F 和F′得出实验结论. 【解析】共点的两个力的合成实验中，目的是验证两个共点力 合成时遵循平行四边形法则.实验中需要利用弹簧测力计测量拉 力的大小，故缺少的必要的器材是弹簧测力计.根据实验原理可 知合理的实验步骤为DBCAFE. 答案：(1)平行四边形 弹簧测力计(两个) (2)DBCAFE 6.(2012·武汉模拟)在“验证力的平行四边形定则”实验中： (1)部分实验步骤如下，请完成有关内容： A.将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另 一端绑上两根细线． B.在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸， 如图甲所示，记录：_____、_____、_____. C.将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量 相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所 示，小心调整B、C的位置，使______，记录______． (2)如果力的平行四边形定则得到验证，那么图乙中 =______. cos cos   【解析】(1)验证力的平行四边形定则时，用一根细线拉橡皮筋 的力和用两根细线拉橡皮筋的力效果相同，故两次拉橡皮筋必 须使橡皮筋伸长到同一位置，因此需要记录的有，B步骤：钩码 个数(或细线拉力)、橡皮筋与细线的结点位置O、细线的方向 (说明：能反映细线方向的其他记录也可以). C步骤：橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合，并 记录钩码个数和对应的细线方向. (2)水平方向：4mgcosα＝3mgcosβ. 解得: 答案：(1) 细线的方向 结点的位置O 钩码个数 结点位置与步骤B中结点位置重合 钩码个数和对应的细线方向 (2) cos 3 .cos 4  ＝ 3 4