高一物理验证力的平行四边形定则课件

1、 实验目的一、实验目的一、实验目的1会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方向向2验证互成角度的两个力合成时的平行四边形验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则定则自学指导1.1.能说出实验原理和需要的实验仪器。能说出实验原理和需要的实验仪器。2.2.掌握实验步骤及其注意事项。掌握实验步骤及其注意事项。3.3.会记录和处理实验数据，能进行误差会记录和处理实验数据，能进行误差分析。分析。4.4.尝试设计出其他的实验方案。尝试设计出其他的实验方案。实验原理二、实验原理二、实验原理 一个力一个力F的作用效果和两个力的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同的作用

2、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就是这两个力就是这两个力F1和和F2的合力，作出力的合力，作出力F的图示再根据平行四边形定则作出的图示再根据平行四边形定则作出力力F1和和F2的合力的合力F的图示，比较的图示，比较F和和F的大小和方向是否相同，的大小和方向是否相同，若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则则实验仪器 方木板一个、白纸一张、弹簧秤两个、方木板一个、白纸一张、弹簧秤两个、橡皮条一根、细绳套两个、三角板、刻度橡皮条一根、细绳套两个、三角板、刻度尺、量角器、图钉

3、几个尺、量角器、图钉几个 实验步骤 把方木板平放在桌面上，用图把方木板平放在桌面上，用图钉把白纸钉在木板上。钉把白纸钉在木板上。 用图钉把橡皮筋的一端固定在点，另一端用图钉把橡皮筋的一端固定在点，另一端拴上两个细绳套。拴上两个细绳套。 用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋的结点伸长到某一位置，并橡皮筋，使橡皮筋的结点伸长到某一位置，并用铅笔描下结点的位置、细绳的方向，并记录用铅笔描下结点的位置、细绳的方向，并记录下弹簧秤的示数下弹簧秤的示数F F1 1 、F F2 2 。 实验步骤只用一只弹簧秤通过细绳套把橡只用一只弹簧秤通过细绳套把

4、橡皮筋的结点拉长到点，用铅笔描皮筋的结点拉长到点，用铅笔描下细绳的方向，记录下弹簧秤的示下细绳的方向，记录下弹簧秤的示数数FF。 按选定的标度作出两只弹簧秤拉力按选定的标度作出两只弹簧秤拉力F F1 1 、F F2 2 的的图示，并作出图示，并作出F F1 1、F F2 2 的合力的合力F F的图示。按选定的的图示。按选定的标度作出标度作出F F的图示。的图示。 实验步骤比较两个力比较两个力F F1 1 、F F2 2 的合力的合力FF和和F F大小和方向，看在实验室允大小和方向，看在实验室允许的误差范围内，两者的大小和许的误差范围内，两者的大小和方向是否相同。方向是否相同。 改变改变F F1

5、 1 、F F2 2 的大小和方向，再重复实验的大小和方向，再重复实验两次。两次。实验步骤主要测量主要测量1 1、用两个测力计拉细绳套使橡皮条伸长，绳、用两个测力计拉细绳套使橡皮条伸长，绳的结点到达某点的结点到达某点O O时：时：记录记录 结点结点O O的位置的位置两测力计的示数两测力计的示数F1F1、F2F2两测力计所示拉力的方向两测力计所示拉力的方向2 2、用一个测力计重新将结点拉到、用一个测力计重新将结点拉到O O点时：点时：弹簧秤的拉力大小弹簧秤的拉力大小F F及方向。及方向。记录记录 数据处理项目次数项目次数分力分力F1（N）分力分力F2（N）用平行四边用平行四边形定则作图形定则作图

6、量出合力量出合力F用一个测力用一个测力计直接测出计直接测出F1、F2的合的合力力FF与与F的的夹角夹角（度）（度）123五、注意事项五、注意事项1同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹同一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对拉，若两只弹簧测力计在对拉过簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过 程中，读数相同，则可选用；若读数不同应矫正弹簧测程中，读数相同，则可选用；若读数不同应矫正弹簧测 力计或另换，直至相同为止力计或另换，直至相同为止2在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要位置一定要 相同相同3用两

7、只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时， 夹角不宜太大也不宜太小，在夹角不宜太大也不宜太小，在60100之间为宜之间为宜4读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与 弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的 外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦眼睛要正视弹外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦眼睛要正视弹 簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度 的前提下，拉力的数值应尽量大些的前提下

8、，拉力的数值应尽量大些注意事项弹簧秤使用前要弹簧秤使用前要校零校零，在竖直位置已校正好零点，在竖直位置已校正好零点的弹簧秤，到水平位置使用时，仍然要重新调零。的弹簧秤，到水平位置使用时，仍然要重新调零。 要选用规格、性能要选用规格、性能完全相同完全相同的两个弹簧秤。的两个弹簧秤。本实验中，用弹簧秤测量拉力时，要使三个拉力本实验中，用弹簧秤测量拉力时，要使三个拉力F1 F1 、F2 F2 、F F和橡皮筋均在和橡皮筋均在平行于纸面的平面平行于纸面的平面内。内。 同一次实验中，橡皮筋同一次实验中，橡皮筋结点结点位置一定要相同。位置一定要相同。 在不超出弹簧秤量程的条件下，应该在不超出弹簧秤量程的条

9、件下，应该尽可能尽可能使弹使弹簧秤的簧秤的拉力大一些拉力大一些。 用作图法作分力用作图法作分力F1 F1 、F2 F2 的合力的合力FF时要准确，图时要准确，图要尽可能要尽可能画得大些画得大些，以使测量值的最后一位估读数，以使测量值的最后一位估读数字在图上能准确表示出。字在图上能准确表示出。 注意事项误差分析 本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于一下两方面：主要来源于一下两方面：1 1读数误差读数误差 减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些读数时眼睛一定要正许的情况下，尽量大一些读

10、数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录视，要按有效数字正确读数和记录误差分析2 2作图误差作图误差 减小作图误差的方法：作图时两力的对边减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力一定要平行，两个分力F F1 1、F F2 2间的夹角越大，间的夹角越大，用平行四边形作出的合力用平行四边形作出的合力F F的误差的误差F F就越大，就越大，所以实验中不要把所以实验中不要把F F1 1、F F2 2间的夹角取得太大间的夹角取得太大. .误差分析减小误差的方法减小误差的方法: : a a测力计使用前要测力计使用前要校准零点校准零点。 b b方木板应方木板应水平放置水平放置。 c c

11、弹簧伸长方向和所测拉力弹簧伸长方向和所测拉力方向应一致方向应一致, ,并并 与木板与木板平行平行. . d d两个分力和合力都应两个分力和合力都应尽可能大些尽可能大些，读数时，读数时 注意弹簧秤的量程及最小刻度注意弹簧秤的量程及最小刻度. .误差分析减小误差的方法减小误差的方法: :e e拉橡皮条的拉橡皮条的细线要长些细线要长些, ,标记两条细线方向的标记两条细线方向的 两点要尽可能远些两点要尽可能远些. .f f两个分力间的两个分力间的夹角不宜过大或过小夹角不宜过大或过小, ,一般取一般取 6060-120-120为宜为宜. .g.g.在画力的合成图时在画力的合成图时, ,要要恰当选定标度恰

12、当选定标度. .实验创新创新创新1 1：在验证两个互成角度的共点力合成遵在验证两个互成角度的共点力合成遵从平行四边形定则的实验中，只用一个测力计，从平行四边形定则的实验中，只用一个测力计，其他的器材不变，请叙述实验步骤和方法。其他的器材不变，请叙述实验步骤和方法。创新创新2 2：不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板平木板如何如何验证平行四边形定则验证平行四边形定则？实验创新将三条橡皮的一端都拴在一个图钉将三条橡皮的一端都拴在一个图钉O O上，将这上，将这三条橡皮的另一端分别再拴

13、一个图钉三条橡皮的另一端分别再拴一个图钉A A、B B、C C，注，注意此时四个图钉均未固定在板上。意此时四个图钉均未固定在板上。用刻度尺测出橡皮条的自由长度用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0L0，注意从图，注意从图钉脚之间测起。钉脚之间测起。将拴有橡皮的图钉将拴有橡皮的图钉A A、B B适当张开钉在木板上，适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮拉第三根橡皮C C，即使三条橡皮互成角度拉伸，待，即使三条橡皮互成角度拉伸，待节点处的图钉节点处的图钉O O静止时，钉下静止时，钉下C C图钉，并记录图钉图钉，并记录图钉O O的位置（注意此时的位置（注意此时O O图钉不能钉）记录图钉图钉不能钉）记录图钉A A

14、、B B、C C的位置的位置. .测出这三条橡皮的长度测出这三条橡皮的长度L1L1、L2L2、L3L3，分别算出，分别算出它们的伸长量它们的伸长量X1= L1-L0X1= L1-L0，X2= L2-L0X2= L2-L0，X3= L3-L0X3= L3-L0。将将X1X1、X2X2、X3X3按一定比例图示出来，以按一定比例图示出来，以X1X1、X2X2为邻边作平行四边形，求出其对角线为邻边作平行四边形，求出其对角线OCOC，比较，比较OCOC与与OCOC的长度（即的长度（即X3X3的长度）相等，且在一条的长度）相等，且在一条直线上，则达到目的，若直线上，则达到目的，若OCOC与与OCOC有一微

15、小夹角有一微小夹角，则有误差（图，则有误差（图2-32-3所示）。所示）。本实验是根据本实验是根据O O受到三个共点受到三个共点力而静止，任意两个力的合力力而静止，任意两个力的合力与第三个力等大反向的原理。与第三个力等大反向的原理。(1)为完成该实验，下述操作中必需的是为完成该实验，下述操作中必需的是_a测量细绳的长度测量细绳的长度b测量各橡皮筋的原长测量各橡皮筋的原长c测量悬挂重物后各橡皮筋的长度测量悬挂重物后各橡皮筋的长度d记录悬挂重物后结点记录悬挂重物后结点O的位置的位置(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是可

16、采用的方法是_.解析解析(1)三段相同的橡皮筋，具有相同的劲度系数，三段相同的橡皮筋，具有相同的劲度系数，故三段橡皮筋的形变量的大小代表了三段橡皮筋承受的故三段橡皮筋的形变量的大小代表了三段橡皮筋承受的力的大小，故必需力的大小，故必需b、c项项A、B两点固定，两点固定，O点的位置点的位置则决定了三个力的方向则决定了三个力的方向(因绳中的力恒沿绳的方向因绳中的力恒沿绳的方向)，故，故必需必需d项项(2)最简便的方法是：更换不同的小重物最简便的方法是：更换不同的小重物 当堂训练 1 1探究力的平行四边形定则的实验原理探究力的平行四边形定则的实验原理是等效原理，其等效性是指是等效原理，其等效性是指(

17、 () )A A使两分力与合力满足平行四边形定则使两分力与合力满足平行四边形定则B B使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某 点点O O重合重合C C使两次橡皮筋伸长的长度相等使两次橡皮筋伸长的长度相等D D使弹簧秤在两种情况下发生相同的形变使弹簧秤在两种情况下发生相同的形变B (2010宁波检测宁波检测)“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”的的实验如图实实验如图实33甲所示，其中甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，为橡皮筋与细绳的结点，OB和和OC为细绳图实为细绳图实33乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图乙所示

18、是在白纸上根据实验结果画出的图(1)图乙中的图乙中的_是力是力F1和和F2的合力的理论值；的合力的理论值； _是力是力F1和和F2的合力的实际测量值的合力的实际测量值(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是 否会发生变化？答：否会发生变化？答：_.(选填选填“变变”或或“不变不变”)(3)本实验采用的科学方法是本实验采用的科学方法是 () A理想实验法理想实验法B等效替代法等效替代法 C控制变量法控制变量法 D建立物理模型法建立物理模型法解析解析(1)用平行四边形定则作图得到的是实验的理论值，用平行四边形定则作图得到的是实验的理论值

19、，即即F；直接测量得到的是实际测量值，即；直接测量得到的是实际测量值，即F.(2)细绳的作用是对结点细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力施加不同方向的拉力F1、F2，换用，换用橡皮筋拉结果是一样的橡皮筋拉结果是一样的(3)力的合成与分解使用的是等效替代法力的合成与分解使用的是等效替代法B正确正确答案答案(1)FF(2)不变不变(3)B 2. 2.如图所示是如图所示是A A、B B两位同学在做本实验时得两位同学在做本实验时得到的结果，可以判定其中到的结果，可以判定其中 _ _ 同学的实验结同学的实验结果比较符合实验事实，理由是果比较符合实验事实，理由是_。甲甲F是单独拉，应该和橡皮条在一直线上是单独拉，应该和橡皮条在一直线上当堂训练当堂训练 3 3、关于验证平行四边形定则的实验，请回答：、