2017届一轮复习 实验3 验证力的平行四边形定则 课件（38张）.pptx

实验3:验证力的平行四边形定则,-2-,-3-,知识梳理,一、实验目的验证力的平行四边形定则二、实验原理两个力F1、F2的作用效果和一个力F的作用效果,都是让同一根橡皮筋伸长到同一点,则F就是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与F的大小和方向,得出结论(等效法)。,-4-,知识梳理,三、实验器材方木板、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)四、实验步骤1.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。,-5-,知识梳理,3.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,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的方向。4.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和细绳套的方向。5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。,-6-,知识梳理,五、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只弹簧测力计的拉力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4中弹簧测力计的拉力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。,-7-,知识梳理,六、误差分析1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差和作图误差。3.两分力F1、F2间的夹角越大,用平行四边形定则作图得出的合力F的误差F也越大。,-8-,知识梳理,七、实验改进本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验,具体操作如下:1.把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接,另一条细绳用手直接抓住,然后同时拉这两条细绳,使结点至O点,记下两条细绳的方向和弹簧测力计的示数F1。2.放回橡皮条后,将弹簧测力计连接到另一细绳上,然后同时拉这两条细绳,使结点至O点,并使两条细绳位于记录下来的方向上,读出弹簧测力计的示数F2。其他步骤与提供两个弹簧测力计相同。这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差,但实验过程麻烦。,-9-,考点一,考点二,考点一实验原理和实验误差分析例1“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力的图示。(1)做好实验准备后,先用两个弹簧测力计把橡皮条的结点拉到某一位置O,此时需要记录的是O点位置、。,-10-,考点一,(2)某同学已作出F1、F2和实验测量值F的图示,请在图乙中作出F1、F2合力的理论值F的图示。(3)图乙中的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是。(4)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,考点二,-11-,考点一,解析:(1)在本实验中,由于需要画力的图示,所以需要记录两个分力的大小和方向,即两个弹簧测力计的读数和两细绳的方向。(2)力的图示如图所示。(3)实验中合力的理论值为平行四边形的一条对角线,合力的实际测量值沿AO方向。(4)本实验中两分力共同的作用效果与合力的作用效果相同,故采用的科学方法为等效替代法。答案:(1)两弹簧测力计的读数两细绳的方向(2)见解析(3)F(4)B,考点二,-12-,考点一,思路引导本实验中需要记录什么?本实验中两分力所夹平行四边形的对角线表示合力的什么值?沿AO方向的为合力的什么值?,提示:两弹簧测力计的读数、两细绳的方向。,提示:理论值。实际测量值。,考点二,-13-,考点一,规律总结(1)实验原理的进一步理解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。,考点二,-14-,考点一,(2)实验操作注意事项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。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。在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相同。两个拉力F1和F2夹角不宜过小,作力的图示时,标度要一致。读数时应正对、平视刻度。,考点二,-15-,考点一,考点二实验数据的处理例2(2014江苏单科,11)小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示,O点为橡皮条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条时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为F1=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。,甲,考点二,-16-,(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。,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。,乙,考点一,考点二,-17-,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,考点一,考点二,-18-,(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些?(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(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:。,考点一,考点二,-19-,考点一,考点二,-20-,答案:(1)(见下图,F合=4.604.90 N都算对)(2)Fa=Fb(3)BD(4)橡皮条拉伸不宜过长;选用新橡皮条。(或:拉力不宜过大;选用弹性好的橡皮条;换用弹性好的弹簧。),考点一,考点二,-21-,思路引导两个分力F1、F2分别沿哪个方向?合力F3沿哪个方向?“用弹簧测力计先后两次将弹簧拉伸到相同长度,发现读数不相同”说明了什么?,提示:两个分力F1、F2分别沿OP1、OP2方向。,提示:合力F3沿OP3方向。,提示:说明橡皮条多次拉伸后劲度系数发生了变化。,考点一,考点二,-22-,规律总结(1)数据处理作图法,(2)误差分析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,这样得到的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。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。作图比例不恰当造成作图误差。,在“探究求合力的方法”实验中,由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F不可能完全重合,只要在误差范围内可以认为合力F与合力F重合即可验证平行四边形定则,如图所示。,考点一,考点二,-23-,1,2,3,4,5,1.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实验情况如图所示,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。(1)本实验中,采取下列哪些方法和步骤可以减小实验误差。A.两个分力F1、F2间的夹角尽量小些B.两个分力F1、F2的大小要尽量大些C.拉橡皮条的细绳要稍短一些D.实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度,-24-,1,2,3,4,5,(2)本实验采用的是等效替代法,但若将细绳也换成橡皮条,则实验结果是否会发生变化?答:(选填“变化”或“不变化”)。(3)为了完成实验,在用两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮条时,必须记录的有。A.两细绳的方向B.橡皮条的原长C.两弹簧测力计的示数D.结点O的位置(4)若保持结点O的位置及OB绳方向不变,而将OC顺时针缓慢转动一小角度,其他操作均正确,则。A.弹簧测力计甲的示数不变B.弹簧测力计甲的示数一直减小C.弹簧测力计乙的示数可能减小D.弹簧测力计乙的示数一定先减小后增大,-25-,1,2,3,4,5,答案:(1)BD(2)不变化(3)ACD(4)BC解析:(1)本实验中为使橡皮条有明显伸长,两弹簧测力计应有较大示数,同时合力不能过小或过大,两弹簧测力计所拉绳间的夹角在60120之间较合适,A错,B对;为了减小误差,便于确定两拉力方向,拉橡皮条的细绳要稍长一些,实验中必须使橡皮条、细绳、弹簧测力计都与木板平行,细绳要与弹簧测力计轴线在一条直线上,读数时视线要正对弹簧测力计刻度,C错,D对。(2)实验中两次测量的目的是使橡皮条AO发生相同的形变,故细绳是否改为橡皮条对实验并没有影响。(3)用两个完全相同的弹簧测力计成一定角度拉橡皮条时,必须记录的有两细绳的方向、两弹簧测力计的示数和结点O的位置。,-26-,1,2,3,4,5,(4)如图所示,由力的合成图可知弹簧测力计甲的示数一直在减小;而因不知开始时OC绳与竖直方向的夹角及转动的角度大小,所以弹簧测力计乙的示数可能先减小后增大,也可能一直减小或一直增大。,-27-,1,2,3,4,5,2.如图为某同学一次“探究共点力合成的规律”的实验记录,用两个力F1、F2同时作用,将橡皮条的结点拉到O点,F1、F2的大小已在图中标注,F1的方向沿OA指向A,F2的方向沿OB指向B。,(1)请以图中所给出的标度在O点上作出F1、F2的力的图示;(2)以F1、F2为邻边作平行四边形,其中F1、F2所夹的对角线所表示的力F= N(保留两位有效数字,要求通过作图求解);(3)用一个力F把橡皮条的结点再次拉到O点,记录下其大小和方向并作图,若F与(选填“F1”“F2”或“F”)在实验误差允许的范围内大小相等、方向相同,则说明共点力的合成遵守平行四边形定则。,-28-,1,2,3,4,5,答案:(1)如图(2)4.9(3)F解析:该题考查力的作图,对角线F是F1与F2理论上的合力,通过量取F的长度和标度比较,可得F=4.9 N。只要F与F在实验误差允许的范围内大小相等、方向相同,则说明共点力的合成遵守平行四边形定则。,-29-,1,2,3,4,5,3.小华在家设计了一个简单的实验来验证力的平行四边形定则,她找来三根完全相同的橡皮条(遵循胡克定律)以及刻度尺、三角板、白纸、木板、三枚图钉来完成该实验。她将三根橡皮条的一端系在一起成为一个结点O,分别用三枚图钉A、B、C将三根橡皮条另外一端钉在铺有白纸的木板上。,-30-,1,2,3,4,5,(1)请从下列选项中选出完成该实验不需要进行的步骤。A.测量橡皮条的劲度系数B.测量橡皮条的自然长度C.在白纸上记录结点O的位置D.在白纸上记录三枚图钉A、B、C的位置(2)做好记录后取下图钉和橡皮条,用刻度尺在白纸上画出直线OA、OB、OC,并,然后算出三根橡皮条的伸长量的比例,并按此比例作出三个力的图示,任意选两个力为邻边作平行四边形,证明其所夹对角线,从而可验证“力的平行四边形定则”。,-31-,1,2,3,4,5,答案:(1)A(2)分别量出结点与图钉A、B、C的距离与第三个力几乎等大反向解析:(1)本实验是一个简化后的实验,通过平衡的三个力来验证平行四边形定则,本实验不需要知道三个力的真正大小,只要知道三个力的比例关系就可作图验证,故不需要测量橡皮条的劲度系数。(2)由结点O与图钉A、B、C的距离减去橡皮条原长,可得三根橡皮条的伸长量,因为是完全相同的橡皮条,故三个力的大小比例与三根橡皮条的伸长量的比例相同,按照此比例作力的图示,并任意选两个力为邻边作平行四边形,其对角线为此二力的合力,理论上应和第三个力等大反向,故只要此对角线与第三个力几乎在一条直线上,且长度近似相等,就可验证“力的平行四边形定则”。,-32-,1,2,3,4,5,高考微题组4.(2015安徽理综,21)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;,-33-,1,2,3,4,5,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。,-34-,1,2,3,4,5,答案: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解析:确定力的方向时,不要用铅笔沿细绳(套)方向画线,而应沿细绳(套)的方向描出几个点,再用刻度尺把这些