【物理】2018届一轮复习人教版实验三　验证力的平行四边形定则教案 8页

实验三　验证力的平行四边形定则 一、实验目的 ‎1．验证力的平行四边形定则．‎ ‎2．培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力．‎ 二、实验原理 等效思想：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力．作出力F′的图示，与根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示比较，在实验误差允许的范围内，F′和F大小相等、方向相同．‎ 三、实验器材 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(多个)、铅笔．‎ 四、实验步骤 ‎ ‎1．仪器安装 ‎(1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．‎ ‎(2)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细绳套．‎ ‎2．测量与记录 ‎(1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O.记录两弹簧测力计的读数F1、F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向．‎ ‎(2)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O.记下弹簧测力计的读数F′和细绳套的方向．‎ ‎(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验．‎ 五、数据处理 ‎1．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，利用刻度尺和三角板以F1和F2为邻边作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示．‎ ‎2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤中弹簧测力计的拉力F′的图示．‎ ‎3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．‎ 六、误差分析 七、注意事项 ‎1．位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．‎ ‎2．角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．‎ ‎3．尽量减少误差 ‎(1)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些．‎ ‎(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．‎ ‎ 4．统一标度：在同一次实验中，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.‎ 考点一　实验原理及操作 ‎[典例1]　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与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________________．‎ 解析　(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”‎ 考点二　数据处理及误差分析 ‎[典例2]　将橡皮条的一端固定在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，当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．‎ ‎(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________ N和________ N.‎ ‎(2)在如图乙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．‎ ‎(3)图丙中a、b两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些？‎ 解析　(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．‎ ‎(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的，其方向一定在橡皮条所在直线上，所以b图符合实际．产生误差的原因主要是弹簧测力计读数偏差，确定分力方向不够准确等．‎ 答案　(1)2.50　4.00(或4.00　2.50)　(2)见解析图　(3)b图 　误差原因见解析 考点三　实验改进　拓展创新 以本实验为背景，以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件，或通过改变实验条件、实验仪器设置题目．‎ ‎1．考查对实验原理的理解、实验方法的迁移 ‎2．实验器材的改进 ‎(1)橡皮条弹簧测力计 ‎(2)钩码弹簧测力计 ‎[典例3]　某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮条来验证力的平行四边形定则，设计了如下实验：‎ ‎(1)将橡皮条的两端分别与两条细线相连，测出橡皮条的原长；‎ ‎(2)将橡皮条一端用细线固定在竖直板上的M点，在橡皮条的中点O再用细线系一重物，重物自然下垂，如图甲所示；‎ ‎(3)将橡皮条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，下述操作中必须的是________(填正确答案标号)．‎ A．橡皮条两端连接的细线长度必须相同 B．要测量图甲中橡皮条Oa和图乙中橡皮条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的竖直方向及橡皮条Oa、Ob的方向 解析　由于橡皮条的弹力大小与形变量成正比，故可以用橡皮条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，与连接橡皮条的细线长度无关，故本题需要测量橡皮条的原长以及被重物拉伸后的长度，选项A错误，B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，选项C错误；题图甲中的O点位置并不需要记录，受力平衡时橡皮条的拉力一定在竖直方向，需要记录的是橡皮条被拉伸后的长度及橡皮条的原长，选项D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的竖直方向及橡皮条Oa、Ob的方向，选项E正确．‎ 答案　BE ‎1．有同学利用如图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：‎ ‎(1)改变钩码个数，实验能完成的是____(填正确答案标号)．‎ A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4‎ B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4‎ C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4‎ D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5‎ ‎(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是________(填正确答案标号)．‎ 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，你认为下图中________是正确的．(填“甲”或“乙”)‎ 解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|≤F3≤F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的．‎ ‎(3)实验中F3是竖直向下的．‎ 答案：(1)BCD　(2)A　(3)甲 ‎2．(2017·湖北武汉模拟)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．将一根橡皮条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，使橡皮条拉伸，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＝________.‎ 解析：(1)验证力的平行四边形定则时，用一根细线拉橡皮条的力和用两根细线拉橡皮条的力效果相同，故两次拉橡皮条必须使橡皮条伸长到同一位置，因此需要记录的有，B步骤：钩码个数(或细线拉力大小)、橡皮条与细线的结点位置O、细线的方向(能反映细线方向的其他记录也可以)．C步骤：橡皮条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)水平方向有4mgcos α＝3mgcos β 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)