江苏省高考物理大一轮复习（自主学习+考点突破+随堂验收）实验二力的平行四边形定则课件.ppt

第二章相互作用 实验二 力的平行四边形定则 1 通过探究理解力的平行四边形定则 2 理解等效替代思想方法在物理学中的应用 1 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 3 实验器材木板 白纸 图钉若干 细绳 弹簧测力计 2个 三角板 等 4 实验步骤 1 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 上 如图所示 橡皮条 刻度尺 木板 2 用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一点O 3 用铅笔描下 位置和两个细绳套的 并记录弹簧测力计的读数F1 F2 利用刻度尺和三角板作平行四边形 画出对角线所代表的力F 4 只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面实验中的相同 记下弹簧测力计的读数F 和细绳套的方向 5 比较F和F 观察它们在实验误差允许的范围内是否 结点O的 方向 位置O 相等 5 数据处理 1 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个弹簧测力计的拉力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方向作出一个弹簧测力计的拉力F 的图示 3 比较F与F 是否完全重合或几乎完全重合 从而验证平行四边形定则 6 误差分析实验误差除弹簧测力计本身的误差外 还主要来源于 误差和 误差两个方面 1 减小读数误差的方法 弹簧测力计数据在允许的情况下 尽量 一些 读数时眼睛一定要 要按有效数字正确读数和记录 2 减小作图误差的方法 作图时两力的对边一定要平行 两个分力F1 F2间的夹角大小要适当 读数 作图 大 正视 7 注意事项 1 弹簧相同 使用弹簧测力计前 要先观察指针是否指在零刻度处 若指针不在零刻度处 要设法调整指针 使之指在零刻度处 再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起 向相反方向拉 如果两个示数相同方可使用 2 位置不变 在同一次实验中 使橡皮条拉长时 的位置一定要相同 结点 3 角度合适 用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时 其夹角不宜太 也不宜太大 以60 120 为宜 4 尽量减小误差 在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内 形变应尽量大一些 细绳套应适当长一些 便于确定力的方向 5 统一标度 在同一次实验中 画力的图示选定的标度要相同 并且要恰当选定标度 使力的图示稍大一些 小 1 实验原理的进一步理解每次实验使结点位置保持不变 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 实验原理与实验操作 2 实验操作注意事项 1 不要直接以橡皮条的端点为结点 可拴一短细绳连接两个细绳套 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 使用弹簧测力计前 应先调节零刻度 使用时不能超过量程 拉弹簧测力计时 应使弹簧测力计与木板平行 被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致 拉动弹簧时不可与外壳相碰或摩擦 3 在同一次实验中 橡皮条伸长时的结点位置要相同 4 两个拉力F1和F2夹角不宜过小 作力的图示时 标度要一致 5 读数时应正对 平视刻度 典题演示1 2016 苏锡常镇三模 某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则 他找到三条长度和粗细相同的橡皮筋 遵循胡克定律 以及重物 刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子等 他设计了如下实验 将三条橡皮筋的一端系在一起 另一端分别连一个绳套 他分别向两边拉住任意两个绳套 测量橡皮筋的长度是否相等 在墙上A B两点钉两个钉子 将白纸固定在墙面上合适的位置 再将橡皮筋的两个绳套套在两钉子上 测出此时三条橡皮筋的长 将重物挂在第三个绳套C上 测量并记录三条橡皮筋的长度并记下结点O的位置 取下白纸 画出受力图 验证平行四边形定则 换用不同的重物并改变A B的位置重复实验 1 实验步骤 的目的是 2 实验步骤 中 有一个重要遗漏是 3 实验步骤 中 填 要 或 不要 保证O点位置不变 4 为了使实验更准确 下述做法错误的是 A A B要一样高B A B距离要适当C 重物质量不能太大D 橡皮筋要与墙面平行 保证橡皮筋 的劲度系数一样 记录橡皮筋的方向 答力的方向也对 不要 A 解析 1 实验步骤 分别向两边拉住任意两个绳套 两个橡皮筋中的力大小相等 若长度相同 劲度系数一样 所以该步骤的目的是保证橡皮筋的劲度系数一样 2 验证力的平行四边形定则 既要记录力的大小 也要记录力的方向 遗漏了记录橡皮筋的方向 3 这里原理是三力平衡 其中两个力的合力与第三个力等值反向 所以不必保证O点位置不变 4 实验过程中A B是否一样高不影响实验 所以没有要求 A项错误 A B夹角不宜太大也不宜太小 所以A B距离要适当 B项正确 重物质量不能太大 大了会超过橡皮筋的弹性限度 C项正确 测量过程中橡皮筋要与墙面平行 减小实验误差 D项正确 数据处理与误差分析 2 误差分析 1 用两个弹簧测力计拉橡皮条时 橡皮条 细绳和弹簧测力计不在同一个平面内 这样得到的两个弹簧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的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准 造成作图误差 3 作图比例不恰当造成作图误差 典题演示2某同学在做 验证力的平行四边形定则 实验时 利用坐标纸记下了橡皮条的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小和方向 如图 a 所示 图 a 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 关于此实验 下列说法中正确的是 A 两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大B 橡皮条的拉力是合力 两弹簧测力计的拉力是分力C 两次拉橡皮条时 需将橡皮条结点拉到同一位置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 若只增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮条结点位置不变 只需调整另一个弹簧测力计拉力的大小即可 AC 3 如图 b 所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果 其中哪一个比较符合实验事实 力F 是用一个弹簧测力计拉时的图示 4 在以上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 甲同学实验得到的结果 3 用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差 但用一个弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上 故甲同学实验得到的结果符合实验事实 4 F1的方向比真实方向偏左 F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左 作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行 任选其二 验证力的平行四边形定则 实验的方法是多样的 如在缺少弹簧测力计的情况下 可利用滑轮和钩码进行实验 也可用一个弹簧测力计交替使用按照上面的实验步骤灵活进行实验验证 总之 本实验的拓展主要体现在两点 1 实验装置的改进与拓展应用 2 等效思想的应用 实验拓展与创新 甲 答案 4 7N 4 6 4 9N均可 2 仔细分析实验 小明怀疑实验中的橡皮条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条拉伸到相同长度 发现读数不相同 于是进一步探究了拉伸过程对橡皮条弹性的影响 乙 实验装置如图乙所示 将一张白纸固定在竖直放置的木板上 橡皮条的上端固定于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 两次实验记录的轨迹如图丙所示 过O点作一条直线与轨迹交于a b两点 则实验中橡皮条分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa Fb的大小关系为 丙 Fa Fb 3 根据 2 中的实验 可以得出的实验结果有 填写选项前的字母 A 橡皮条的长度与受到的拉力成正比B 两次受到的拉力相同时 橡皮条第2次的长度较长C 两次被拉伸到相同长度时 橡皮条第2次受到的拉力较大D 两次受到的拉力相同时 拉力越大 橡皮条两次的长度之差越大 BD 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 根据力的图示法作出力F1和F2的图示 并根据力的平行四边形定则作出两者的合力 用刻度尺量得其长度为单位长度的4 7倍 即合力大小为4 7N 4 6 4 9N均可 2 设Oab与竖直方向的夹角为 根据共点力平衡条件解得F mgtan 因此有Fa Fb 选用新橡皮条 橡皮条拉伸不宜过长 D 解析 图甲实验时 两个拉力的大小适当 将橡皮条拉到O点 并非要求它们的大小一定相等 故A错误 实验时两个分力的夹角大小适当即可 并非要求一定垂直 故B错误 图乙实验时 要求橡皮条的伸长量和形变方向与甲实验相等 即将橡皮条拉到同一点 故C错误 为了保证两次拉橡皮条效果相同 图乙实验时 仍需将橡皮条的结点拉到O点 故D正确 2 2015 安徽卷 在 验证力的平行四边形定则 实验中 某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上 将橡皮条的一端固定在板上一点 两个细绳套系在橡皮条的另一端 用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套 互成角度地施加拉力 使橡皮条伸长 结点到达纸面上某一位置 如图所示 请将以下的实验操作和处理方法补充完整 用铅笔描下结点位置 记为O 记录两个弹簧测力计的示数F1和F2 沿每条细绳 套 的方向用铅笔分别描出几个点 用刻度尺把相应的点连成线 只用一个弹簧测力计 通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O 记录测力计的示数F3 按照力的图示要求 作出拉力F1 F2 F3 根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F 比较 的一致程度 若有较大差异 对其原因进行分析 并作出相应的改进后再次进行实验 沿此时细绳 套 的方向用铅笔 描出几个点 用刻度尺把这些点连成直线 F和F3 3 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 甲 乙 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 2 5 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 BC 解析 1 根据图甲中弹簧测力计指针指示可知 每根细绳拉力大小为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 如图所示 3 合力与分力的关系是等效替代的关系 在重复实验时 仅需在同一次实验中用两根弹簧测力计拉和用一根弹簧测力计拉 O点位置相同 故A错误 两根绳仅表示了拉力的方向 因此对长度没有过多的要求 适当 便于实验操作即可 故D错误 B C正确 4 改编 现要用图甲完成 验证力的平行四边形定则 实验 把白纸固定在竖直放置的木板上 白纸上画有一些同心圆 相邻两圆之间的距离为r 圆心O距第一个圆的距离为r A B为光滑的滑轮 可沿虚线圆环滑动 也可固定 CO为竖直方向的一基准线 甲 1 完成下列主要实验步骤所缺的内容 用一细线系住橡皮筋的一端 细绳的另一端固定在C点 橡皮筋的另一端连结两条轻绳 跨过定滑轮后各拴一细绳套 分别挂上3个钩码和4个钩码 每个钩码重1N 如图乙所示 适当调整A B滑轮的位置 使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处 记下 和两条轻绳的方向 取下钩码 两条细绳上钩码的个数 乙 再用一把弹簧测力计沿竖直方向把两细绳与橡皮筋的结点也拉至O处 如图丙所示 记下弹簧测力计的读数F N 5 丙 2 若相邻两圆环之间的距离表示1N 该同学已经在图丁中标出了作出两条轻绳的拉力F1和F2 请按力的图示在图丁作出F1和F2的合力F及拉力F 的图示 3 对比F和F 的大小和方向 发现它们不是完全一致的 其可能的原因是 丁 填一个原因 测量存在误差 作图没有画准 弹簧测力计 自身重力的影响 滑轮与绳之间的摩擦力等 4 在步骤 中 适当调整A B滑轮的位置 使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处 的目的是 为了使F1和F2 的合力沿竖直方向 解析 本实验中砝码的重力替代拉力 故在实验完成后要记录下两条细绳上的钩码的个数 这样就相当于记录下了每根细绳所受到的拉力大小 弹簧测力计的读数F 5N 2 所作的图示如图所示 3 测量存在误差 作图没有画准 弹簧测力计自身重力的影响 滑轮与绳之间的摩擦力等 4 由于CO是在竖直方向 适当调整A B滑轮的位置 使橡皮筋与两细绳之间的结点稳定于O点处 目的是为了使F1和F2的合力沿竖直方向 5 原创 两同学为测量一物体质量的大小并验证力的平行四边形定则 他们估计身边所用的弹簧测力计的量程可能会不够测量小物块的重力 为了避免因量程小而损坏弹簧测力计 他们设计了以下测量方案 将一粘有白纸的平木板竖直固定 再用铅笔在白纸上画一点 记