高考物理一轮复习 实验三 验证力的平行四边形定则课件1.ppt

实验三验证力的平行四边形定则,【实验目的】1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2.学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。,【实验原理】,等效思想:使一个力f的作用效果和两个力f1和f2的作用效果相同,就是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点o,即伸长量相同,所以f为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、f在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。,【实验器材】方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、铅笔。,【实验过程】1.仪器安装:(1)如实验原理图所示,用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。(2)用图钉把橡皮条的一端固定在a点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。,2.测量与记录:(1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置o。记录两弹簧测力计的读数f1、f2,用铅笔描下o点的位置及此时两细绳的方向。,(2)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置o。记下弹簧测力计的读数f和细绳套的方向。(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。,【数据处理】1.用铅笔和刻度尺从结点o沿两条细绳套方向画直线,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实验步骤中只用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。,【误差分析】1.读数误差:减小读数误差的方法:弹簧测力计数据在条件允许的情况下,尽量大一些。读数时眼睛一定要平视,要按有效数字的读数规则正确地读数和记录。,2.作图误差:减小作图误差的方法:作图时两力的对边一定要与两力平行,两个分力f1、f2间的夹角越大,用平行四边形定则作出的合力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。,【注意事项】1.位置不变:在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。2.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,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60100之间为宜。,3.尽量减小误差:(1)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。(2)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。4.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。,热点一实验原理与实验操作【典例1】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与oc为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。导学号04450046,(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f1和f2;d.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力f1和f2的图示,并用平行四边形定则求出合力f;,e.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数f,记下细绳的方向,按同一标度作出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_。,【规范解答】(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,b正确。,(3)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作步骤可知,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)cec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”,【强化训练】在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学经历了以下实验步骤:a.用铅笔和直尺在白纸上从o点沿着两细绳方向画直线,按一定标度作出两个力f1和f2的图示,根据平行四边形定则作图求出合力f;,b.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条与细绳的连接点拉到同样的位置o;c.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;,d.在水平放置的木板上,垫一张白纸并用图钉固定,把橡皮条的一端固定在板上的a点,用两条细绳连接在橡皮条的另一端,通过细绳同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与细绳的连接点到达某一位置o;,e.记下弹簧测力计的读数和细绳的方向,按同一标度作出这个力的图示f,比较这个实测合力和按平行四边形定则求出的合力f,看它们的大小和方向是否相等;f.改变两测力计拉力的大小和方向,多次重复实验,根据实验得出结论。,(1)将以上实验步骤按正确的顺序排列,应为_(填选项前的字母)。(2)图甲中弹簧测力计b的示数为_n,为了更准确地得到合力与分力的关系,要采用作力的_(选填“图示”或“示意图”)来表示分力与合力。,(3)图乙中方向一定沿ao方向的力是_(选填“f”或“f”)。(4)在物理学中跟力一样,运算时遵守平行四边形定则的物理量还有_(至少写出三个,要求写名称)。,【解析】本实验利用了“等效替代法”。(1)根据实验要求要先进行实验设备的安装,即先在桌面上放一块方木板,在木板上垫一张白纸,把橡皮条一端固定在木板的a点,然后进行实验和有关数据的测量,最后进行数据处理和仪器的整理,由此可知正确的实验步骤顺序为:dcabef。,(2)测力计b的示数为3.80n。为了更准确地得到合力与分力的关系,要采用作力的图示的方法来表示分力与合力。(3)只用一个弹簧测力计拉橡皮条时,力的方向一定沿ao方向,f1与f2合成时合力f方向不一定沿ao方向,因为有误差存在,则f一定沿ao方向。,(4)矢量的合成与分解遵守平行四边形定则,如位移、加速度、电场强度等都是矢量,在运算时遵守平行四边形定则。,答案:(1)dcabef(2)3.80图示(3)f(4)位移、速度、加速度、电场强度等,【反思归纳】实验分“探究型实验”和“验证型实验”两种,比如可以两分力为邻边,以合力为对角线画出四边形,分析此四边形是否是平行四边形,即可验证平行四边形定则。,热点二数据处理及误差分析【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,如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。,(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_n和_n。(2)在如图乙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)图丙中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有误差的原因可能有哪些?,【规范解答】(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所示。,(3)f是用一个测力计拉橡皮筋所得到的,其方向一定在橡皮筋所在的直线上,所以b图符合实际。产生误差的原因主要是弹簧测力计读数偏差,确定分力方向不够准确等。,答案:(1)2.504.00(2)(3)见规范解答,【强化训练】请完成“验证力的平行四边形定则”实验的相关内容。(1)如图甲所示,在铺有白纸的水平木板上,橡皮条一端固定在a点,另一端拴两个细绳套。,(2)如图乙所示,用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,使绳与橡皮条的结点伸长到某位置并记为o点,记下此时弹簧测力计的示数f1和f2及_。,(3)如图丙所示,用一个弹簧测力计拉橡皮条,使绳与橡皮条的结点拉到o点,记下此时弹簧测力计的示数f=_n和细绳的方向。(4)如图丁所示,已按一定比例作出了f1、f2和f的图示,请用作图法作出f1和f2的合力。,(5)合力与f大小相等,方向略有偏差,如果此偏差仅由f1引起,则原因是f1的大小比真实值偏_、f1与f2的夹角比真实夹角偏_。(均选填“大”或“小”),【解析】(2)要记下两分力f1和f2的方向。(3)弹簧测力计的示数要估读一位,即f=3.00n。(4)由力的图示作出f1和f2的合力f,如图。,(5)由图可知,将f1减小或减小f1与f2的夹角,合力f与f更接近重合,则原因是f1的大小比真实值偏大、f1与f2的夹角比真实夹角偏大。,答案:(2)两分力的方向(3)3.00(4)见解析(5)大大,热点三实验拓展与创新【典例3】有同学利用如图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:导学号04450048,(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n1=n2=2,n3=4b.钩码的个数n1=n3=3,n2=4c.钩码的个数n1=n2=n3=4d.钩码的个数n1=3,n2=4,n3=5,(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三段绳子的方向b.量出oa、ob、oc三段绳子的长度c.用量角器量出三段绳子之间的夹角d.用天平测出钩码的质量,(3)在作图时,你认为图中_是正确的。(选填“甲”或“乙”),【创新方向分析】器材的变化(如图甲、乙、丙、丁所示),【规范解答】(1)对o点受力分析,oa、ob、oc分别表示三个力的大小,由于三共点力处于平衡状态,所以oc等于od,因此三个力的大小构成一个三角形。以钩码的个数表示力的大小,由于两边之和等于第三边,则不能构成三角形,故a错误;以钩码的个数表示力的大小,则三力为边构成等腰三角形,故b正确;以钩码的个数表示力的大小,则三力为边构成等边三角,形,故c正确;以钩码的个数表示力的大小,满足两边之和大于第三边,两边之差小于第三边,故可以构成三角形,故d正确。,(2)为验证平行四边形定则,必须作受力图,所以先明确受力点,即标记结点o的位置,其次要作出力的方向并读出力的大小,最后作出力的图示,因此要做好记录,是从力的三要素角度出发,要记录钩码的个数和记录oa、ob、oc三段绳子的方向,故a正确,b、c、d错误。,(3)本实验是要验证力的平行四边形定则,故应将由平行四边形定则得出的合力,与真实的合力进行比较而去判断平行四边形定则得出的结果是否正确。在实验中,实际合力一定在竖直方向上,由于误差的存在,根据平行四边形定则得出合力理论值与实验值不会完全重合的结论,故甲图正确。,答案:(1)b、c、d(2)a(3)甲,【强化训练】某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。,如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上,另一端用圆珠笔尖竖直向下拉,直到弹簧秤示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为o1、o2,记录弹簧秤的示数f,测量并记录o1、o2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50n,测出所对应的l,部分数据,如表所示:,找出中f=2.50n时橡皮筋两端的位置,重新标记为o、o,橡皮筋的拉力记为foo。在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到o点,将两笔尖的位置标记为a、b,橡皮筋oa段的拉力记为foa,ob段的拉力记为fob。,完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出f-l图线,根据图线求得l0=_cm。,(2)测得oa=6.00cm,ob=7.60cm,则foa的大小为_n。(3)根据给出的标度,作出foa和fob的合力f的图示。,(4)通过比较f与_的大小和方向,即可得出实验结论。,【解析】(1)f-l图线的横轴截距