高三物理一轮复习 实验3 验证力的平行四边形定则课件.ppt

第二章相互作用 实验三验证力的平行四边形定则 记一记 一 实验目的1 掌握弹簧测力计的正确使用方法 2 根据实验的要求 会对给定的实验步骤排序 纠错 3 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 培养用作图法处理问题的能力 二 实验原理等效法 使一个力f 和两个力f1 f2都让同一条一端固定的橡皮筋伸长到某点 即它们的作用效果相同 所以一个力f 就是这两个力f1和f2的合力 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 三 实验器材方木板 白纸 弹簧测力计 两只 橡皮筋 细绳套 两个 三角板 刻度尺 图钉 几个 铅笔 四 实验步骤与数据处理1 用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上 2 用图钉把橡皮筋的一端固定在a点 橡皮筋的另一端拴上两个细绳套 3 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套 互成角度地拉橡皮筋 使橡皮筋伸长到某一位置o 如图所示 记录两弹簧测力计的读数 用铅笔描下o点的位置及此时两细绳套的方向 4 用铅笔和刻度尺从结点o沿两条细绳方向画直线 按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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 5 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮筋的结点拉到同样的位置o 记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向 用刻度尺从o点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力f 的图示 6 比较力f 与用平行四边形定则作出的合力f在大小和方向上是否相同 7 改变两个力f1与f2的大小和夹角 再重复实验两次 五 注意事项1 不要直接以橡皮筋端点为结点 可拴一短细绳连接两细绳套 以三绳交点为结点 应使结点小些 以便准确地记录结点o的位置 2 在同一次实验中 使橡皮筋拉长时结点o的位置一定要相同 3 不要用老化的橡皮筋 检查方法是用一个弹簧拉橡皮筋 要反复做几次 使橡皮筋拉到相同的长度看弹簧读数有无变化 4 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 取掉细绳套后 再将所标点与o点连直线确定力的方向 5 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 六 误差分析本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外 还有读数误差 作图误差 因此读数时眼睛一定要正视 要按有效数字正确读数和记录 两力与各对边要平行 两个分力f1和f2间的夹角 越大 用平行四边形作图得出的合力f的误差 f也越大 所以实验中不要把 取得太大 但也不宜太小 以60 100 之间为宜 思一思 1 在实验室里如何选取两只规格相同的测力计 提示 取两只测力计对钩向相反方向拉的过程中 若读数总相同 则可选 若读数不同 应另换 直至相同为止 2 实验过程中两力的夹角越大越好吗 提示 用两个弹簧测力计勾住绳套互成角度地拉橡皮筋时 其夹角不宜太小 也不宜太大 以60 到100 之间为宜 3 具体实验操作时为什么要缓慢地拉橡皮筋 提示 用两个弹簧测力计互成角度地缓慢地拉橡皮筋 而不应过快地拉 以免超出弹簧弹性限度损坏弹簧或弹簧卡壳 考向一对实验原理和实验操作的考查典例1 2015 宝鸡高三二模 某同学做 验证力的平行四边形定则 的实验情况如图甲所示 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 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 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 3 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 有重要遗漏的步骤的序号是 和 遗漏的内容分别是 和 解题引路 1 如何从一堆弹簧测力计里边挑选规格相同的弹簧 2 在同一次实验中对橡皮条结点o的位置有何要求 3 用一根橡皮筋和一支弹簧测力计能完成实验吗 提示 1 将两支弹簧测力计对钩拉住若读数相同 即可选 2 保持不变 3 能 尝试解题 解析 1 由一个弹簧测力计拉橡皮条至o点的拉力一定沿ao方向 而根据平行四边形定则作出的合力 由于误差的存在 不一定沿ao方向 故一定沿ao方向的是f 2 一个力的作用效果与两个力的作用效果相同 它们的作用效果可以等效替代 故b正确 3 根据 验证力的平行四边形定则 实验的操作规程可知 有重要遗漏的步骤的序号是c e 在c中未记下两条细绳的方向 e中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置o 答案 1 f 2 b 3 ce 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 考向二实验数据处理与误差分析典例2 2012 浙江卷 在 探究求合力的方法 实验中 现有木板 白纸 图钉 橡皮筋 细绳套和一把弹簧秤 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 用作图法求得该弹簧的劲度系数k n m 2 某次实验中 弹簧秤的指针位置如下图所示 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 请在图中画出这两个共点力的合力f合 解析 1 描点作图 答案 1 作图见解析53 说明 2内都可 2 2 10 说明 有效数字位数正确 0 02内都可 作图见解析 3 3 3 说明 0 2内都可 考向三创新实验设计典例3如图所示 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 3m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 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 1 根据表格 a传感器对应的是表中力 选填 f1 或 f2 钩码质量为 kg 保留1位有效数字 2 本实验中多次对传感器进行调零 对此操作说明正确的是 a 因为事先忘记调零b 何时调零对实验结果没有影响c 为了消除横杆自身重力对结果的影响d 可以完全消除实验的误差 解析 1 a传感器中的力均为拉力 为正值 故a传感器对应的是表中力f1 平衡时 mg f1sin 当 30 时 f1 1 001n 可求得m 0 05kg 2 在挂钩码之前 对传感器进行调零 目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响 故c正确 答案 1 f10 05 2 c 高考命题常涉及的几种创新角度 一 本题创新点分析1 源于教材 本例的实验原理与教材实验的原理相同 所选用的橡皮筋 细绳套及验证方法也与教材实验相同 2 高于教材 本实验没有使用弹簧秤测力的大小 而是用钩码的重力作为绳的拉力 同时用两个光滑硬棒调节两绳拉力的方向 二 本实验还可以从以下方面进行改进创新1 若用橡皮筋替代弹簧秤做该实验 应如何操作 提示 可将三个相同的橡皮筋系于一点 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 若用力的传感器代替弹簧秤做该实验 应如何操作 提示 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 特色专题之 两法求解合力 问题1 等效法是指两个弹簧测力计同时拉橡皮筋使橡皮筋产生的形变与一个弹簧测力计单独拉橡皮筋产生的形变相同 应使两个弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置与一个弹簧测力计拉橡皮筋时结点的位置是同一个位置 2 作图法是用来验证两个弹簧测力计拉力的合力与单个弹簧测力计拉力的大小 方向是否相同的 例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 名校模题 1 2015 茂名模拟 验证 力的平行四边形定则 实验如图甲所示 a为固定橡皮筋的图钉 o为橡皮筋与细绳的结点 ob oc为细绳 图乙是在白纸上根据实验结果画出的图 图甲中弹簧秤b的读数为 n 图乙中的f和f 两力中 方向一定沿oa方向的是 本实验采用的科学方法是 解析 弹簧秤的读数为11 40n 方向一定沿oa方向的力为单独用一个弹簧秤拉橡皮筋时拉力的方向 即为f的方向 本实验采用的实验方法为等效替代法 故选项b正确 答案 11 40fb 2 2015 山东枣庄期中 探究求合力的方法 的实验装置如图甲所示 3 某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣 于是 他将刻度尺与弹簧测力计平行放置 如图丙所示 利用读得的数据 他得出了弹簧的劲度系数 那么 该弹簧的劲度系数k n m 保留两位有效数字 解析 1 由图甲可读出co对o点的拉力大小为2 60n 2 在图乙上的画图如图所示 结合作图可求知合力大小为5 1n 3 由图丙可知 弹簧测力计0刻度线对应5 0mm 2 60n对应48 0mm 由胡克定律 f kx 解得k f x 60n m 答案 1 2 60 2 见解析图5 1 3 60 3 2015 江苏苏州期中 探究力的平行四边形定则 的实验情况如图甲所示 其中a为固定橡皮筋的图钉 o为橡皮筋与细绳的结点 ob和oc为细绳 1 该图中两弹簧测力计的读数恰好相等 由图可读出每根细绳拉力大小为 n 只需读到0 1n 2 图乙中的四个 表示a b c o在纸上的位置 请根据正确读出的拉力大小 在该纸上作出它们合力的图示 要求 在表示分力的线段上 从起点开始每0 5n标度长注上标度线 3 某同学在做该实验时认为 a 在重复进行实验以提高结论的可靠性时 o点位置是不允许变动的b 弹簧测力计必须保持与木板平行 读数时视线要正对弹簧测力计刻度c 弹簧测力计应在使用前校零d 两根细绳必须等长其中正确的是 填入相应的字母 解析 1 拉力大小为2 5n 2 根据题意连接ob oc并延长 在其上以给定标度长为基准 各取5段 分别记为f1 f2 并根据平行四边形定则作出合力f 如图 3 每一次实验中o点位置不允许变动 重复实验时 可以变动 a错误 两根绳是为了表示拉力的方向 对长度没有过多要求 d错误 正确选项为bc 答案 1 2 5 2 见解析图 3 bc 4 2015 洛阳高三一模 某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则 他找到两条相同的橡皮筋 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与细绳连接 结点为o 细绳下挂一重物 两橡皮筋的另一端也都连有细绳 实验时 先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子a上 另一条橡皮筋任其下垂 如图中甲所示 再将另一条橡皮筋的另一端的细绳也固定在墙上的钉子b上 如图中乙所示 1 为完成实验 下述操作中必需的是 a 两橡皮筋的另一端连接的细绳a b长度要相同b 要测量橡皮筋的原长c 要测量图中甲和图中乙中橡皮筋的长度d 要记录图中甲中结点o的位置及过结点o的竖直方向e 要记录图中乙中结点o的位置及过结点o的竖直方向 2 对该实验 两条相同的橡皮筋 的要求的理解正确的为 a 橡皮筋的材料和原长相同即可b 橡皮筋的材料和粗细相同即可c 橡皮筋的材料 原长和粗细均要相同 解析 1 首先应明白该实验的实验原理 即用橡皮筋的伸长量来表示弹力的大小 所以实验中一定要测橡皮筋的长度 而没必要关心细绳a b的长度 b和c是需要的 为了确保力的合成的等效性 悬挂重物后结点o的位置必须相同 且是图乙中的 而不能是图甲中的 e是必需的 2 为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小 满足f kx 应让k值相同 即橡皮筋的材料 粗细 原长均要相同 c正确 答案 1 bce 2 c 高考真题 5 天津理综 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 为保证橡皮条前后两次受到的拉力相同 橡皮条和绳的结点应该拉到同一位置 目的是保证前后两次拉力的作用效果相同 故b d正确 2 为减小实验误差 实验时要保证弹簧秤 细绳 橡皮条都与木板平行 为了能更好地确定力的方向 标记同一细绳方向的两点要远些 细绳要长些 b d正确 答案 1 bd 2 bd 6 2014 江苏单科 小明通过实验验证力的平行四边形定则 1 实验记录纸如甲图所示 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 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 实验装置如乙图所示 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