高考物理大一轮复习实验三验证力的平行四边形定则课件.ppt

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，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 4.0 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 F3 4.25 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，设橡皮筋与竖直方向间的夹角为，,mg,cos ,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 F,mg cos ,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 D10,2.(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 _. 遗漏的内容分别是：_和_.,答案：(1)F,(2)C,E 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 S3-8,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.,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,k,F x,2.5 0.05,N/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 S3-12 A.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 F,C.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,4.在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、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 S3-16 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