【与名师对话】高考物理总复习 第二章 第五讲 实验：验证力的平行四边形定则课件 新人教版必修1.ppt

对应学生用书p34 一 实验目的验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 二 实验器材方木板一块 白纸 弹簧测力计 两个 橡皮条一段 细绳 两条 白纸 刻度尺 三角板 图钉 铅笔 三 实验原理等效法 使一个力f 的作用效果和两个力f1 f2的共同作用效果相同 都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点 则力f 就是这两个力f1 f2的合力 作出f 的图示 再根据平行四边形定则作出力f1 f2的合力f的图示 比较f和f 的大小和方向是否相同 从而验证力的平行四边形定则 四 实验步骤1 在桌面上平放一块方木板 在方木板上铺一张白纸 用图钉把白纸固定在方木板上 2 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 3 用两个弹簧秤分别钩住两个绳套 互成角度地拉橡皮条的同一结点 使橡皮条伸长 结点到达某一位置o 如图所示 4 用铅笔记下o点的位置和两条细绳的方向 读出两个弹簧秤的示数 5 用铅笔和刻度尺在白纸上从o点沿着两条细绳的方向画直线 按照一定的标度作出两个力f1和f2的图示 用平行四边形定则求出其合力f 6 只用一个弹簧秤 通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置o 读出弹簧秤的示数 并记下细绳的方向 按同一标度作出这个力f 的图示 7 比较力f 与f的大小和方向 看它们在一定范围内是否相等 8 改变两个分力的大小和夹角 再做两次实验 问题探究每次实验都必须保证结点的位置保持不变 这体现了怎样的物理思想方法 若两次橡皮条的伸长长度相同 能否验证平行四边形定则 提示 每次实验保证结点位置保持不变 是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同 这是物理学中等效替换的思想方法 由于力不仅有大小 还具有方向 所以两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同 说明两次效果不同 不满足合力与分力的关系 不能验证平行四边形定则 对应学生用书p35 要点一误差分析1 读数误差减小读数误差的方法 选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度 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 要点二注意事项1 同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是 将两只弹簧测力计调零后互钩对拉 若两只弹簧测力计在对拉过程中 读数相同 则可选 若读数不同 应另换 直至相同为止 2 在同一次实验中 使橡皮条拉长时 结点o位置一定要相同 3 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 4 读数时应注意使弹簧测力计与木板平行 并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上 避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦 读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度 在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下 拉力的数值尽量大些 5 细绳套应适当长一些 便于确定力的方向 不要直接沿细绳套的方向画直线 应在细绳套末端用铅笔画一个点 去掉细绳套后 再将所标点与o点连接 即可确定力的方向 6 在同一次实验中 画力的图示所选定的标度要相同 并且要恰当选取标度 使所作力的图示稍大一些 要点三实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验 具体操作如下 1 把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接 另一条细绳用手直接抓住 然后同时拉这两条细绳 使结点至o点 记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数f1 2 放回橡皮条后 将弹簧测力计连接到另一细绳上 用手再同时拉这两条细绳 使结点至o点 并使两条细绳位于记录下来的方向上 读出弹簧测力计的示数f2 其他步骤与提供两弹簧测力计相同 这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差 但实验过程麻烦 在做 验证力的平行四边形定则 实验时 橡皮条的一端固定在木板上 用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的o点 下列操作中错误的是 a 同一次实验过程中 o点位置允许变动b 实验中 弹簧秤必须保持与木板平行 读数时视线要正对弹簧秤刻度c 实验中 先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程 然后只需调节另一弹簧秤的大小和方向 把橡皮条另一端拉到o点d 实验中 把橡皮条的另一端拉到o点时 两个弹簧秤之间夹角应取90 以便于算出合力大小 解析 从橡皮条固定点到o点的连线 是合力的作用线方向 如果o点变动 那么合力的大小 方向都要变化 就不能验证力的平行四边形定则 故a选项错 c选项中 因一个弹簧秤已拉到最大量程 再通过另一个弹簧秤拉橡皮条到o点时 每一个弹簧秤都可能超过最大量程 造成损坏 或读数不准 故c选项错 该实验是利用平行四边形定则进行合成 两个分力成任意角度都适用 不必成90 故d选项错 答案 acd 对应学生用书p35 题型一实验数据的处理例1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5n 最小刻度为0 1n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 3 下图中 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 思路诱导 1 读数时要符合有效数字的要求 2 合理选取标度 作出两分力 再应用平行四边形定则作出合力 3 f 是用一个测力计拉橡皮条所得到的 应在什么方向上 尝试解答 1 弹簧测力计的最小刻度为0 1n 读数时应估读一位 所以读数分别为2 50n和4 00n 2 取一个小方格的边长表示0 50n 作出两个力及它们的合力如图 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 误差的原因主要是弹簧测力计读数误差 确定分力方向不够准确等原因 答案 1 2 504 00 2 见解析 3 b 图误差原因见解析 题型二实验方法的迁移例2在课外活动小组进行研究性学习的过程中 某研究小组设计了一个实验来验证力的平行四边形定则 其设计方案为 用三根相同的橡皮带 四个图钉 一把直尺和一支铅笔 三张白纸 平木板来验证力的平行四边形定则 其步骤如下 将拴有橡皮条的图钉a b适当张开钉在木板上 拉第三根橡皮条 使三根橡皮条互成角度拉伸 待结点处的图钉o静止时 钉下c图钉 并记录图钉o的位置和图钉a b c的位置 将x1 x2 x3按一定比例图示表示出来 以x1 x2为邻边作平行四边形 求出其对角线oc 比较oc 与oc的长度 即x3的长度 及方向 若相等 且在一条直线上 则达到目的 若oc 与oc有一微小夹角 则有误差 如图实所示 测出此时这三根橡皮条的长度l1 l2 l3 分别算出它们的伸长量x1 l1 l0 x2 l2 l0 x3 l3 l0 将三根橡皮条的一端都拴在一个图钉o上 将这三根橡皮条的另一端分别拴上图钉a b c 注意此时四个图钉均未固定在板上 用刻度尺测出橡皮条的自由长度l0 注意从图钉脚之间测起 1 请你确定该研究小组的实验步骤的顺序是 2 对于本实验下列论述中正确的是 a 实验中用到了图钉o受到三个共面共点力而静止 任意两个力的合力与第三个力大小相等 方向相反的原理 使合力和分力在一次实验中全部出现 从而简化了实验的过程b 实验中用到了胡克定律 简化了力的测量 可以不用弹簧测力计就完成实验c 由于实验中总有oc 与oc的微小夹角 故实验有误差 该方法不可取d 三根橡皮条不能做到粗细 长短完全相同 是该实验的主要误差来源之一 尝试解答 1 该实验的过程中应该首先将三根橡皮条拴在图钉上 这样便于测橡皮条的原长 之后就要固定两个图钉拉第三个图钉到适当的位置进行实验 把第三个图钉也固定好后就可测每根橡皮条的长度并计算出伸长量 最后按照胡克定律转换成力作出力的图示进行实验研究 所以正确的实验步骤是 2 该实验的关键是应用三个共点力平衡的推论进行实验原理的改进 应用胡克定律将测量力的大小转换为测橡皮条的长度 所以选项a b都正确 任何实验都有误差 误差是不可避免的 不能因为有误差就把实验完全否定 故选项c错误 实验的误差有系统误差和偶然误差 都是不可避免的 该实验也是一样的 从系统误差来看 影响该实验的主要因素不是原理 而是器材 特别是橡皮条的长短和粗细 所以说三根橡皮条不能做到粗细 长短完全相同 是该实验的主要误差来源之一 故选项d也是对的 所以正确选项为a b d 答案 1 2 a b d 对应学生用书p36 1 在 互成角度的两个共点力的合成 的实验中 采取下列哪些措施可减小实验误差 a 两个分力f1 f2间夹角要尽量大些b 两个分力f1 f2大小要尽量大些c 拉橡皮条的细绳要稍长些d 实验前 先把所用的两个弹簧秤的钩子相互钩住 平放在桌子上 向相反的方向拉动 检查读数是否相同 解析 两个分力f1 f2间夹角不宜太小 也不宜太大 以60 到100 为宜 所以选项a错误 选项b可使弹簧秤的示数在读数时误差减小 选项c可使拉力的方向确定更准确 选项d若两弹簧秤读数相同 可减小误差 所以本题的答案为b c d 答案 bcd 2 某同学做 验证力的平行四边形定则 实验时 主要步骤是 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 解析 本题主要考查在验证力的平行四边形定则实验中的实验步骤 要求理解 记住该实验的操作顺序 据验证力的平行四边形定则的操作规程可知 有重要遗漏的步骤的序号是c e 在c中未记下两绳的方向 e中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置o 答案 ce记下两绳的方向说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置o 3 李明同学在做 互成角度的两个力的合成 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 如图所示 1 试在图 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 b 所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果 其中哪一个实验比较符合实验事实 力f 是用一只弹簧测力计拉时的图示 答 4 在以上实验结果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 用平行四边形定则作图 即以f1 f2为两邻边作平行四边形 对角线of就表示合力f 标上箭头表明方向 2 两分力可以同时大于合力 故a正确 结点受三个力作用处于平衡状态 其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力 橡皮筋的拉力等大反向 是一对平衡力 而橡皮筋的拉力不是合力 故b错 只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同 故c对 若两个分力的大小变化而方向都不变 则合力必定变化 故d错 3 作图法得到的f必为平行四边形的对角线 单个弹簧测力计的拉力f 一定与橡皮筋共线 故张华的实验比较符合实验事实 4 f2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左 作图时两虚线分别与f1线和f2线不严格平行 答案 1 如图所示 2 a c 3 张华做的符合实验事实 4 见解析 4 在探究力的合成的实验中 橡皮条的一端固定在p点 另一端被a b两只弹簧测力计拉伸至o点 f1 f2分别表示a b两只弹簧测力计的读数 如图所示 使弹簧测力计b从图示位置开始顺时针缓慢转动 在这一过程中保持o点和弹簧测力计a的拉伸方向不变 则在整个过程中两弹簧测力计的读数f1 f2的变化是 a f1减小 f2减小b f1减小 f2增大c f1减小 f2先增大后减小d f1减小 f2先减小后增大 解析 由于结点o的位置不变 所以f1和f2的合力大小和方向不变 画出平行四边形如图所示 弹簧测力计a的拉伸方向不变 则f1的方向不变 弹簧测力计b顺时针转动过程中 f2的大小和方向均不断改变 图中画出弹簧测力计b转动过程中的三个位置 两弹簧测力计的读数分别为f1 和f2 f1 和f2 f1 和f2 观察表示力大小的有向线段的长短变化 可以看出弹簧测力计a的读数f1一直逐渐减小 而弹簧测力计b的读数f2先减小后增大 当弹簧测力计b转动至与弹簧测力计a垂直时f