高考物理一轮复习 实验三 验证力的平行四边形定则教案（含解析）沪科版.doc

实验三验证力的平行四边形定则误差分析1误差来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。2减小误差的方法(1)结点o定位o点时要力求准确。同一次实验中橡皮条拉长后的o点必须保持不变。(2)拉力用弹簧秤测拉力时要使拉力沿弹簧秤轴线方向。应尽量使橡皮条、弹簧秤和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。两个分力f1、f2间的夹角不要太大或太小。(3)作图在同一次实验中，选定的比例要相同。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。注意事项操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧秤拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧秤示数、两细绳方向和结点o的位置)，用一个弹簧秤拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧秤示数和细绳方向)及“一注意”(结点o的位置必须在同一位置)等。热点一实验过程、数据处理及实验结果分析【例1】(2014江苏卷，11)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1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f34.25 n。请根据图中给出的标度作图求出f1和f2的合力。图1(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2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2图3两次实验记录的轨迹如图3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？_。(填写选项前的字母)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。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，由平衡条件易得橡皮筋的拉力fmg/cos ，可见相同时橡皮筋拉力相同。(3)题图3中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fmg/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：橡皮筋不易过长，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)见下图，f合4.64.9都算对(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。)【变式训练】1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。图4a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fc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4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。解析(1)因为弹簧测力计最小刻度为0.1 n，所以需要估读到下一位，故读数为3.00 n；(2)如图所示，通过作平行四边形，找到对角线，用刻度尺量取其长度，跟所取的标度比较得出结果，约为5.2 n；(3)根据水杯受力平衡知，若f近似在竖直方向，且数值与f近似相等，则可验证力的平行四边形定则的正确性。答案(1)3.00(2)5.2(3)f近似在竖直方向，且数值与f近似相等热点二拓展创新实验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【例2】(2014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：图5将橡皮筋的两端分别与两条细线相连，测出橡皮筋的原长；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5甲所示；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_(填正确答案标号)。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cm、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，故可以用橡皮筋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，与连接橡皮筋的细线长度无关，故本题需要测量橡皮筋的原长以及被重物拉伸后的长度，a选项错误，b选项正确；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，c选项错误；题图甲中的o点位置并不需要记录，受力平衡时橡皮筋的拉力一定在竖直方向，需要记录的是橡皮筋被拉伸后的长度及橡皮筋的原长，d选项错误；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的竖直方向及橡皮筋oa、ob的方向，e选项正确。答案be【变式训练】2.有同学利用如图6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：图6 (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_(填正确答案标号)。a标记结点o的位置，并记录oa、ob、oc三