实验：验证力的平行四边形定则33009PPT课件.ppt

实验 验证力的平行四边形定则 4 15 2020 1 我们已经学习了许多物理量其中体积 质量 时间 长度的运算所遵循的是代数的加减法则 为什么力的合成要遵循平行四边形定则呢 这种运算法则是否正确呢 4 15 2020 2 有同学提出以下猜想 1 合力的大小只在分力夹角为锐角时遵循平行四边形法则 2 夹角为直角时 用勾股定理计算 不遵循平行四边形法则 同学们 你是怎样认为的呢 说说你的猜想 4 15 2020 3 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 验证力的平行四边形定则 培养用作图法处理问题的能力 重点 4 15 2020 4 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 实验目的 4 15 2020 5 一个力F 的作用效果和两个力F1 F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点 所以力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 的大小和方向是否相同 若相同 则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则 实验原理 4 15 2020 6 方木板一块 白纸 弹簧测力计 两只 橡皮条 细绳套 两个 三角板 刻度尺 图钉 几个 细芯铅笔 实验器材 4 15 2020 7 1 在桌上平放一块方木板 在方木板上铺一张白纸 用图钉把白纸钉在方木板上 实验步骤 4 15 2020 8 2 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点 在橡皮条的另一端栓上两条细绳套 注意 请设计好伸长结点的位置 以便作图 4 15 2020 9 3 用两个弹簧测力计分别勾住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位置O 4 用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向 读出两个弹簧测力计的示数 示数 示数 4 15 2020 10 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 按着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合力 F1 F2 F 4 15 2020 11 6 只用一个弹簧测力计 通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样位置O 读出示数 记下细绳的方向 按同一标度作出这个力F 的图示 F 4 15 2020 12 7 比较F 与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向 看它们是否相等 F1 F F o F 是理论值 F是实验值 F2 4 15 2020 13 在误差允许范围内 理论值和实验值大小相等方向相同 验证了平行四边形定则的正确性 4 15 2020 14 实验过程展示 1 用两个测力计拉橡皮条时 橡皮条 细绳和测力计不在同一个平面内 这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小 2 结点O的位置和两个测力计的方向画得不准 造成作图的误差 误差分析 4 15 2020 16 3 两个分力的起始夹角 太大 如大于120 再重做两次实验 为保证结点O位置不变 即保证合力不变 则 变化范围不大 因而测力计示数变化不显著 读数误差大 4 作图比例不恰当造成作图误差 4 15 2020 17 1 正确使用弹簧测力计 1 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水平对拉过程中 读数相同 则可选 若读数不同 应另换或调校 直至相同为止 2 使用弹簧测力计测力时 读数应尽量大些 但不能超出它的测量范围 注意事项 4 15 2020 18 3 使用前要检查指针是否指在零刻度线上 否则应校正零位 无法校正的要记录下零误差 还需用钩码检查是否存在示值误差 若存在 应加以校正 4 被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致 拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦 5 读数时应正对 平视刻度 4 15 2020 19 2 规范实验操作 1 不要直接以橡皮条端点为结点 可用一段细绳连两细绳套 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 使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同 3 不要用老化的橡皮条 检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条 要反复做几次 使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化 4 15 2020 20 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点连一直线确定力的方向 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 6 两拉力F1和F2夹角不宜过小 4 15 2020 21 1 实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F 忘记标注而造成错乱 你如何加以区分 提示 由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直 所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F 不共线的合力表示由作图法得到的合力F 交流与思考 4 15 2020 22 2 如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律 如何观察合力的变化规律 提示 保持两力的大小不变 改变两力之间的夹角 使两力的合力发生变化 可以通过观察结点的位置变化 判断合力大小的变化情况 结点离固定点越远 说明两力的合力越大 4 15 2020 23 3 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代的思想方法 由于力不仅有大小 还有方向 若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 4 15 2020 24 典例1 如图所示是甲 乙两位同学在 验证力的平行四边形定则 的实验中所得到的实验结果 若用F表示两个分力F1 F2的合力 用F 表示F1和F2的等效力 则可以判断 选填 甲 或 乙 同学的实验结果是尊重事实的 4 15 2020 25 解析 由题设可知 F为F1和F2的合力 通过平行四边形定则所得 而F 是F1和F2的等效力 即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力 显然F 的方向应在细线的方向上 因甲同学F 的方向与细绳在同一直线上 故甲同学是尊重事实的 答案 甲本题解答的重点在F 的方向的确定上 两位同学的实验结果都有误差 这是正常的 但乙同学很明显在F 的方向的确定上违背了实验的要求 作图是错误的 4 15 2020 26 典例2 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 4 15 2020 27 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 在下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 4 15 2020 28 解析 1 两弹簧测力计的读数分别为4 0N和2 5N 2 作出合力如下图所示 4 15 2020 29 1 合力与分力的概念 一个力F 的作用效果和两个力F1 F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点 所以力F 就是这两个力F1和F2的合力 4 15 2020 30 2 力的合成 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 的大小和方向是否相同 若相同 则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则 4 15 2020 31 1 在做验证力的平行四边形定则的实验时 先用两个弹簧测力计拉橡皮条 再用一个弹簧测力计拉橡皮条 两次须使橡皮条的结点达到同一位置 这样做是为了 A 便于测量力的大小B 使两个分力和它的合力产生相同的效果C 使两个分力和它的合力有相同的作用点D 便于画出分力与合力的方向 BC 4 15 2020 32 2 1 在做 验证力的平行四边形定则 的实验时 需要的器材有 方木板 白纸 细绳套两个 三角板 刻度尺 图钉几个 还需要 2 在做上述实验时 在水平放置的木板上垫上一张白纸 把橡皮条的一端固定在板上 另一端结两个细绳套 通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条 使结点移到某一位置O 此时需记下 然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长 使结点到达 再记下 4 15 2020 33 解题指导 实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置 弹簧测力计的读数及力的方向 答案 1 弹簧测力计两个 橡皮条一根 铅笔一支 2 O点位置细绳所指方向相应弹簧测力计读数同一位置O点弹簧测力计读数 4 15 2020 34 3 某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则 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 另一端与第二条橡皮筋连接 结点为O 将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 4 15 2020 35 1 为完成实验 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 4 15 2020 36 解析 1 选b c d 本实验中 结点O受三个拉力处于静止状态 三力彼此平衡 任意两个力的合力与第三个力等值反向 只要以两橡皮筋的伸长量代表两个拉力的大小 沿OA OB方向为邻边作平行四边形 只要该平行四边形的对角线与悬挂重物的橡皮筋在一条直线上 与表示其拉力的线段相等 即验证了平行四边形定则 故实验要 4 15 2020 37 测量橡皮筋的原长 悬挂重物后的长度 才能算出橡皮筋受力后的伸长量 为了确定拉力的方向 每次必须记录结点O的位置 因此必需的是b c d 2 由于钉子位置固定 可改变的条件只能是所悬挂的重物的质量 答案 1 b c d 2 所悬挂的重物的质量 4 15 2020 38 4 在 验证力的平行四边形定则 的实验中 两只弹簧测力计的拉力F1和F2已于右图中