高三物理复习 第5讲 实验三 验证力的平行四边形定则精品教案.doc

第5讲实验三验证力的平行四边形定则误差分析本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于以下两个方面：1读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录2作图误差减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力f1、f2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力f的误差f就越大，所以实验中不要把f1、f2间的夹角取得太大,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60100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.对验证力的平行四边形定则实验基本方法的考查【例1】 某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置o点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图251(a)所示图251(1)试在图251(a)中作出无实验误差情况下f1和f2的合力图示，并用f表示此力(2)有关此实验，下列叙述正确的是_a两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大b橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力c两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置o，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同d若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3)图251(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力f是用一只弹簧测力计拉时的图示)答_.(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况)答_.解析(1)以f1、f2为邻边作平行四边形，其对角线of即为所求的合力(如图所示)(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，b错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故d错误；正确的选项只有a、c.(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实(4)f1的方向比真实方向偏左；f2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；作图时两虚线没有分别与f1线和f2线平行(任选其二)答案(1)见解析图(2)ac(3)甲同学实验得到的结果(4)见解析从实验方法改进的角度考查【例2】 (2011江苏卷，10)图252某同学用如图252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析(1)由题图知，弹簧测力计a的分度值为0.2 n，读数为3.6 n.(2)验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，d错；m的重力即合力，a对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，b对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，c对(3)对o点受力分析如图所示，可见若减小foa可调节fob的大小或方向，调节oa方向或减小物重g等答案(1)3.6(2)d(3)减小弹簧测力计b的拉力；减小重物m的质量(或将a更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计b拉力的方向等)【例3】 有同学利用如图253所示图253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()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()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254中_是正确的(填“甲”或“乙”)图254解析(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|f1f2|f3f1f2，因此b、c、d选项是可以的(2)a(3)甲实验中f3是竖直向下的答案(1)bcd(2)a(3)甲反思领悟本题考查“验证力的平行四边形定则”的实验，实验原理还是来源于课本，只是改变了部分实验器材以及实验步骤，只要能深刻理解实验原理，掌握处理此类实验的基本方法，不难解答此题1(2010天津理综，9(2)在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的_(填字母代号)a将橡皮条拉伸相同长度即可b将橡皮条沿相同方向拉到相同长度c将弹簧秤都拉伸到相同刻度d将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是_(填字母代号)a两细绳必须等长b弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行c用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大d拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些解析(1)该实验的关键是等效替代，故选b、d.答案(1)bd(2)bd图2552如图255所示，用a、b两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到o点，现保持a的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计b的拉力大小和方向，可使o点保持不变，这时：(1)b的示数应是()a一定变大 b一定不变c一定变小 d变大、不变、变小均有可能(2)夹角的变化应是()a一定变大 b一定不变c一定变小 d变大、不变、变小均有可能解析本题重点考查作图法求解力的合成问题，只有规范作图才能做出正确判断，切忌作图时随意乱画“使o点保持不变”即表明a、b拉力的合力的大小和方向不变，则以o为圆心，以a的拉力大小为半径画圆弧如右图所示，根据平行四边形定则，按题意减小，可知b的拉力的大小和方向均发生相应的变化由图可知b的拉力的大小和角度都将变小，故(1)、(2)均选c.答案(1)c(2)c3.图256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，如图256所示(1)为完成该实验，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_解析运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边，作平行四边形，其对角线是否和合力相符本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边做平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后o点位置故应选b、c、d.可以通过改变小重物改变各力的大小答案(1)bcd(2)更换不同的小重物4某同学在学完“力的合成”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个弹簧秤，按如下步骤进行实验a在墙上贴一张白纸用来记录弹簧秤弹力的大小和方向b在一个弹簧秤的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧秤的读数fc将一根大约30 cm长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧秤的挂钩上在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧秤的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧秤的示数如图257甲所示d在白纸上按一定标度作出两个弹簧秤的弹力的图示，如图257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图257(1)在步骤c中，弹簧秤的读数为_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解析(1)弹簧秤读数时需要估读，最终的读数要以有效数字的形式给出，根据图甲弹簧秤指针的位置，可读出力的大小为3.00 n.(2)根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在图乙上由已知的两个力作出平行四边形，测量出平行四边形的对角线的长度，与标度1 n的长度进行比较，可求出f的大小为(5.20.2)n.(3)若f在竖直方向且数值与f近似相等，则在实验误差允许的范围内可以验证力的平行四边形定则答案(1)3.00(2)5.20.2(3)f在竖直方向且数值与f近似相等5(2011衡阳模拟)如图258所示，某实验小组同学利用dis实验装置研究支架上力的分解a、b为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负a连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动b固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆将细绳连接在杆右端o点构成支架保持杆在水平方向，按如下步骤操作：图258测量绳子与水平杆的夹角aob对两个传感器进行调零用另一根绳在o点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数取下钩码，移动传感器a改变角重复上述实验步骤，得到表格f1/n1.0010.5801.002f2/n0.8680.2910.8653060150(1)根据表格数据，a传感器对应的是表中力_(选填“f1”或“f2”)钩码质量为_kg(