南方新高考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 0n 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 0n 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 f1 3 30n f2 3 85n和f3 4 25n 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 70n 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 mgcos 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 6 4 9均正确 2 fa fb 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 50n 测出所对应的l 部分数据如下表所示 找出 中f 2 50n时橡皮筋两端的位置 重新标记为 o o 橡皮筋的拉力记为foo 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 00cm ob 7 60cm 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l0 10 0cm 甲乙图s3 11 2 可计算橡皮筋的劲度系数 k f x 2 50 05 n m 50n m 若oa 6 00cm ob 7 60cm 则橡皮筋的弹力为f k x 50 6 00 7 60 10 00 10 2n 1 80n则此时foa f 1 80n 3 fob foa 1 80n 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 8 10 1均正确 2 1 80 1 70 1 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 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f c 将一根大约30cm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 6 6 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 50n 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