高考物理全国通用大一轮复习课件第二章相互作用实验三验证力的平行四边形定则.ppt

实验三验证力的平行四边形定则,实验基础,热点定位,跟踪训练,实验基础理解落实夯基础,注意事项1.位置不变同一次实验中橡皮条拉长后的结点O必须保持不变.2.拉力(1)细绳应适当长一些,便于确定力的方向.不要直接沿细绳方向画直线,应在细绳两端画两个射影点.去掉细绳后,连直线确定力的方向.(2)应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内.(3)弹簧测力计数据尽量大些,读数时眼睛要正视,要按有效数字正确读数和记录.3.作图(1)在同一次实验中,选定的比例要相同.(2)两分力夹角不能太大或太小,作图时两力与对边一定要平行.,误差分析,选较精确的弹簧测力计,热点定位重点透析通热点,热点一实验原理和步骤,【例1】(2016湖南长沙模拟)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.,核心点拨(1)实验存在误差,有读数误差,然后作平行四边形时有作图误差,导致合力F不一定沿AO方向.,解析:(1)实验中F是由平行四边形得出的,而F是通过实验方法得出的,其方向一定与橡皮条的方向相同,由于实验过程不可避免地存在误差,因此理论值和实验值存在一定的偏差.,答案:(1)F,(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,核心点拨(2)合力的作用效果与两个分力的共同作用效果是相同的.,解析:(2)本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同,采用的科学方法是等效替代法.,答案:(2)B,(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FE.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.,核心点拨(3)力是矢量,有大小也有方向,实验中要将F1,F2和F的大小和方向都记录下来.,解析:(3)C中遗漏“记下两条细绳的方向”,E中遗漏“把橡皮条的结点拉到同一位置O”.,答案:(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”,方法技巧操作步骤中不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置).,【教师备用】(2016黑龙江牡丹江模拟)如图为“验证力的平行四边形定则”实验,三个细线套L1,L2,L3一端共系于一个结点,另一端分别系于轻质弹簧测力计A,B和重物M上,A挂于固定点P.手持B拉动细线,使结点静止于O点.(1)某次实验中A的指针位置如图所示,其读数为N.,解析:(1)弹簧测力计的分度值为0.1N,读数时要估读到下一位.由图可知A的指针位置读数为2.00N.,答案:(1)2.00(2)L1L2L3,(2)实验时要读出A,B的示数,还要在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置、和的方向.,(2)力是矢量,实验中要记录各个力的方向,方法是分别记录下三条绳L1的方向、L2的方向和L3的方向.,(3)下列实验要求中必要的是(填选项的字母代号).A.弹簧测力计需要在实验前进行校零B.细线套方向应与木板平面平行C.需要用托盘天平测量重物M的质量D.弹簧测力计B始终保持水平,解析：(3)实验要求中必要的是:弹簧测力计需要在实验前进行校零,细线套方向应与木板平面平行.可以用弹簧测力计测量重物M的重力,不需要用托盘天平测量重物M的质量;弹簧测力计B不必始终保持水平.,答案:(3)AB,热点二实验数据处理与误差分析【例2】在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一个弹簧测力计.(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:,请在图(a)中画出图像,根据图线求得该弹簧的劲度系数k=N/cm.,(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图(b)所示,其读数为N.(3)某次实验中甲、乙两位同学得到的结果如图(c)所示,其中同学的实验结果比较符合实验事实(力F是用一只弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示).(4)在实验结果比较符合实验事实的实验中,造成误差的主要原因是:(至少写出两种情况)答:;.,核心点拨(1)连线时要遵循连线原则:所画的直线要通过尽可能多的点,不在直线上的点均匀分布在直线的两侧.(2)利用k=求弹簧的劲度系数时,两坐标应尽量远些.(3)实验误差分析:理论值不一定沿橡皮条方向,但单个弹簧测力计的拉力F一定沿橡皮条方向;读数不准和作图不准都可能使F与F不完全重合.,(2)弹簧测力计的分度值为0.1N,要估读到下一位,其读数为2.10N.(3)力F是用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力,所以力F一定沿橡皮条方向,所以甲同学的实验比较符合实验事实.(4)甲同学实验中造成误差的主要原因:可能是FC读数比真实值偏小,导致合力F方向向左偏,大小比F小;可能是FB,FC的方向判断有误差,进而作平行四边形时图示也不准确.,答案:(1)如图所示0.55(0.02均可)(2)2.10(3)甲(4)FC读数比真实值偏小确定力的方向不准、作图不准,反思总结弹簧测力计的读数方法(1)注意弹簧测力计的最小格为0.1N,弹簧测力计读数要估读到分度值的下一位,小数点后要有两位数字.(2)作F-x图像时,并非所有实验数据都会落在图线上,则在选用数据计算时,这种误差较大点尽量避免选用.,【教教备用】在“验证力的平行四边形定则”的实验中,以下哪些措施能减小误差()A.两条细绳必须等长B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行C.拉橡皮条的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记点要适当远一些D.实验中为保证获取较多的测量数据,可以超量程使用,解析:实验中,通过细绳来拉橡皮条,两细绳长度不需要相同,故A错误;本实验是通过在白纸上作力的图示来验证平行四边形定则,为了减小实验误差,弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行,否则,作出的是拉力在纸面上的分力,误差较大,故B正确;弹簧测力计标记同一细绳方向的两点要远些,作图时产生的角度误差会减小,故C正确;使用弹簧测力计时不能超过量程,否则会造成较大误差,甚至损害仪器,选项D错误.,BC,热点三实验创新与改进,新题体验,1.(2016合肥质检)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,细绳下挂一重物,两橡皮筋的另一端也都连有细绳.实验时,先将两条橡皮筋的一端的细绳固定在墙上的钉子A上,其中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.要测量甲和乙中橡皮筋的长度D.要记录甲中结点O的位置及过结点O的竖直方向E.要记录乙中结点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:本实验的目的是验证力的平行四边形定则,研究合力与分力的关系,采用作合力与分力图示的方法来验证,根据实验原理需要知道橡皮筋的伸长量才能表示橡皮筋的弹力,故应该测量橡皮筋的原长.两条相同的橡皮筋是指橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同.,答案:(1)BCE(2)C,2.(2016广州模拟)一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则.,答案:(1)静止,解析:(1)要测量装满水的水壶的重力,需记下水壶静止时电子秤的示数F;,(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶时电子秤的示数F;,(2)如图(b),将三细线L1,L2,L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上.水平拉开细线L1,在白纸上记下结点O的位置、和电子秤的示数F1;(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上.手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2;(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力F,F1,F2的图示,根据平行四边形定则作出F1,F2的合力F的图示,若,则平行四边形定则得到验证.,解析:(2)要画出平行四边形,需要记录分力的大小和方向,所以在白纸上记下结点O位置的同时,也要记录三细线的方向以及电子秤的示数F1;(3)已经记录了一个分力的大小,还要记录另一个分力的大小,则结点O位置不能变化,力的方向也都不能变化,所以应使结点O的位置和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2;(4)根据平行四边形定则作出F1,F2的合力F的图示,若F和F在误差范围内重合,则平行四边形定则得到验证.,答案:(2)三细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F在误差范围内重合,跟踪训练即时巩固测效果,1.如图是“验证力的平行四边形定则”实验示意图.将橡皮条的一端固定于A点,图(甲)表示在两个拉力F1,F2的共同作用下,将橡皮条的结点拉长到O点;图(乙)表示准备用一个拉力F拉橡皮条,图(丙)是在白纸上根据实验结果画出的力的合成图示.,(1)有关此实验,下列叙述正确的是(填正确答案标号).A.在进行图(甲)的实验操作时,F1,F2的方向必须互相垂直B.在进行图(乙)的实验操作时,必须将橡皮条的结点拉到O点C.在进行图(甲)的实验操作时,保证O点的位置不变,F1方向不变而大小变大时,F2一定变小D.在误差允许的范围内,拉力F一定等于F1,F2的代数和,解析:(1)F1,F2的方向之间的夹角是任意的,这样才会使实验具有普遍性,选项A错误;图(甲)与图(乙)的作用效果是等效的,选项B正确;实验中若F1变大而O点位置不变,则F2的大小和方向都要变化,F2有可能变大,也有可能先变小再变大,故选项C错误;拉力F与F1,F2之间满足平行四边形定则,故选项D错误.,答案:(1)B,(2)下列做法有利于减小误差的是(填正确答案标号).A.F1,F2两个力的夹角越大越好B.F1,F2两个力越大越好C.在拉橡皮条时,弹簧测力计的外壳不要与纸面接触,产生摩擦D.拉力F1,F2的方向应与纸面平行,弹簧及钩子不与弹簧测力计的外壳及纸面接触,产生摩擦,解析:(2)画平行四边形时,夹角稍大画出的平行四边形就会准些,但不是夹角越大越好,如果夹角很大可能使合力很小,作图法求得的合力误差会较大,选项A错误;数据处理时需要画出力的大小和方向,所以力要适当大些可减小测量误差对实验的影响,但是并非越大越好,如果太大可能导致合力太大,只用一只弹簧测力计拉时,量程不够,故选项B错误;弹簧测力计的外壳与纸面接触没有影响,只要弹簧不与外壳摩擦即可,故选项C错误;在白纸中作图时,作出的是水平力的图示,若拉力倾斜,则作出图的方向与实际力的方向有较大差别,再者由于摩擦测得的力的大小也不准,故为了减小因摩擦造成的误差,应使各力尽量与纸面平行,选项D正确.,答案:(2)D,2.(2016山东枣庄期中)“探究求合力的方法”的实验装置如图(甲)所示.,(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图(甲)所示.其中,细绳CO对O点的拉力大小为N;,解析:(1)由图(甲)可读出CO对O点的拉力大小为2.60N.,答案:(1)2.60,(2)请将图(甲)中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图(乙)上.由图求出合力的大小F合=N;(保留两位有效数字)(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),答案:(2)见解析图5.1(3)60,解析:(2)在图(乙)上作图如图所示,结合作图可求得合力大小为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48.4mm,由胡克定律F=kx,解得k=60N/m.,答案:见解析,解析:(1)由两分力的大小及对应的角度可得其合力的大小,故可知乙同学实验中F1,F2的合力已超出弹簧测力计的量程,将无法再用单个弹簧测力计进行验证,所以操作不正确的是乙同学.,3.(1)甲、乙和丙三位同学做“验证力的平行四边形定则”的实验,所用弹簧测力计的量程为05N,他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,如图所示,此时细绳都与平板平行,用F1和F2表示拉力的方向和大小.甲同学实验中的F1和F2的方向互相垂直,F1=2.8N,F2=3.5N;乙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为30,F1=F2=4.0N;丙同学实验中的F1和F2方向间的夹角约为120,F1=F2=4.0N.这三位同学中操作不合适的是哪一位?并说明原因.,(2)若丁同学对本实验进行改进,想测量不同情况下两个互成角度的拉力与合力的关系.设置如图所示的实验装置,弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向.在实验操作过程中,改变拉力,重复多次实验时,要求O点(选填“一定”或“不一定”)静止在同一位置.在某次实验中,若该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,请你提出两条解决办法:;.,答案:见解析,解析:(2)改进后的实验装置中,因合力不变,故O点的位置不一定要静止在同一点.若弹簧测力计A的指针稍超出量程,可以减小合力的大小,即减小M的质量,或者减小OA与竖直线之间的夹角,使弹簧测力计A处于量程以内.,4.(2016江苏盐城期中)为验证力的平行四边形定则,某同学将环形橡皮筋挂在弹簧测力计钩上,用力拉使弹簧测力计上的读数为2.00N时,将橡皮筋两端的位置画在白纸上,记为O,O,选择合适的标度,作出橡皮筋拉力的大小和方向,记为FOO,如图(甲)所示.接着他在秤钩和两支圆珠笔上涂抹少许润滑油,用两支圆珠笔和秤钩将环形橡皮筋拉成三角形,使秤钩的下端仍到达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,如图(乙)所示.再将环形橡皮筋剪断,测得所受的拉力F与长度l之间的关系,如图(丙)所示.完成下列问题:,(1)测得OA=6.10cm,OB=8.20cm,AB=10.70cm,则FOA的大小为N.(2)选择相同的标度,下列按比例作出的FOA和FOB的合力F的图示正确的是.,(3)通过比较F与的大小和方向,即可得出实验结论.,解析:(1)因为是一根橡皮筋,FOA=FOB,l=OA+OB+AB=25.00cm,根据图像可以得出,FOA=FOB=1.50N.(2)因为FOA