2024-2025学年高中物理第5章力与平衡实验：验证力的平行四边形定则教案鲁科版必修1

PAGE9-试验：验证力的平行四边形定则[学习目标]1．[科学探究]探究两个互成角度的共点力与其合力间的关系．2．[科学方法]学习用等效思想探究矢量合成的方法．一、试验原理和方法结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1与F2的合力必与橡皮筋的拉力平衡；改用一个拉力F′，使结点仍到原位置O点，则F′必与F1、F2的合力等效，以F1、F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，以验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．二、试验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔、橡皮筋、细绳(两根)等．三、试验步骤及数据处理1．仪器的安装：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，并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，如图所示．2．操作与记录(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，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，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套的方向．(2)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，登记弹簧测力计的读数和细绳套的方向．3．作图与分析(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只弹簧测力计的读数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只用一只弹簧测力计时的拉力F′的图示，如图所示．(3)比较一下力F′与用平行四边形定则求出的合力F，在误差允许的范围内大小和方向是否相同．(4)变更两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述试验两次．四、误差分析产生缘由减小方法偶然误差读数误差读数时眼睛要正视刻度线作图误差作图时严格尺度规范作图系统误差弹簧测力计本身的误差调零、两弹簧测力计对拉读数相等五、留意事项1．弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另选，直至相同为止．2．保证分力与合力作用效果相同的方法：在同一次试验中，使橡皮条拉长时结点O的位置肯定要相同．3．橡皮条老化的检查方法：用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变更．4．弹簧测力计夹角范围：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60°到120°之间为宜．5．拉力的选取原则：在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些．6．画力的图示的留意事项：在同一次试验中，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．【例1】某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(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，设计了如下试验：如图所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物．(1)为完成试验，下述操作中必需的是________．A．测量细绳的长度B．测量橡皮筋的原长C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度D．记录悬挂重物后结点O的位置(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，变更条件再次验证，可采纳的方法是_________________________________．解析：(1)必需测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长度，这样才能确定橡皮筋的伸长量，确定各力的大小，还需记录悬挂重物后结点O的位置，同时登记三条橡皮筋所在的方向，以便确定各拉力的方向，依据平行四边形定则作出合力的图示．因此，必需的操作是B、C、D．(2)变更条件再次验证可采纳更换不同的小重物的方法．答案：(1)BCD(2)更换不同的小重物【例2】请完成“验证平行四边形定则”试验的相关内容．(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．甲乙丙丁(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，登记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，登记此时弹簧测力计的示数F＝__________N和细绳的方向．(4)如图丁所示，已按肯定比例作出了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，假如此偏差仅由F1引起，则缘由是F1的大小比真实值偏__________、F1与F2的夹角比真实夹角偏__________．(填“大”或“小”)解析：(2)要登记两分力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)由图所示，将F1减小或减小F1与F2的夹角，合力F′与F更接近重合，则缘由是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)两细绳的方向(3)3.00(4)见解析(5)大大1本试验采纳的是等效替代的思想方法，试验中要保证一个合力与两个分力效果相同，同一次试验中橡皮条拉长后的结点位置O必需保持不变.2画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画得大一些，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力.1．“探究求合力的方法”的试验原理是等效原理，其等效性是指()A．使弹簧测力计在两种状况下发生相同的形变B．使两分力与合力满意平行四边形定则C．使两次橡皮筋伸长的长度相等D．使两次橡皮筋与两绳套的结点都与O点重合D[“探究求合力的方法”的试验中，两次拉伸橡皮筋时，伸长的长度及伸长的方向均相同，两分力与合力的作用效果才相同，才具有等效替代关系；因此C错误，D正确；试验过程中，弹簧测力计的拉力的大小和方向是可以变更的，A错误；合力与分力间肯定满意平行四边形定则，不是人为造成的，故B错误．]2．在“验证力的平行四边形定则”试验中，须要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图所示)．试验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必需留意以下几项，其中正确的是()A．两根细绳必需等长B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同始终线上C．在运用弹簧测力计时要留意使弹簧测力计与木板平面平行C[该试验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故B错误；与两绳长短无关，A错误；但需使两分力与合力在同一平面内，故C正确．]3．小白用如图所示的装置验证平行四边形定则，其部分试验操作如下．(1)请完成下列相关内容：a．在木板上登记悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O．b．卸下钩码，然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧测力计相应的读数．图中B弹簧测力计的读数为__________N．c．小白在坐标纸上画出两弹簧拉力FA、FB的大小和方向如图所示，请你用作图工具在图中坐标纸上作出FA、FB的合力F′．d．已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图所示．e．最终视察比较F和F′，得出结论．(2)本试验采纳的科学方法是__________．A．志向试验法 B．限制变量法C．等效替代法 D．建立物理模型法解析：b．图中B弹簧测力计的读数为11.40N；c．图线如图：答案：(1)11.40图见解析(2)C4．如图甲为“探究求合力的方法”的试验装置．甲乙(1)下列说法中正确的是________．A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置可以变更B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必需竖直向下C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°(2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为________N．解析：(1)在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O的位置不能变更，假如变更，即受力变更，所以A选项错误；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O，定滑轮只能变更力的方向，不能变更力的大小，所以弹簧测力计拉线的方向不肯定要沿竖直方向，B选项错误；弹簧测力计的运用，不能超过其量程，C选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太小，但不肯定为90°，所以D选项错误．(2)考查弹簧测力计的读数，应留意估读．答案：(1)C(2)4.005．某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下试验器材验证平行四边形定则：刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子、质量不同的小重物若干、木板．试验方案如下：甲乙①将橡皮筋的两端分别与两条细绳相连，测出橡皮筋的原长；②将橡皮筋一端细绳用钉子固定在竖直木板上的A点，在橡皮筋的中点O用细绳系住重物，使重物自然下垂，如图甲所示；③将橡皮筋的另一端细绳固定在竖直木板上的B点，如图乙所示．(1)为完成本试验，下列还必需测量的物理量为________．(填选项前字母)A．小重物的质量B．细绳的长度C．图甲中OA段橡皮筋的长度D．图乙中OA和OB段橡皮筋的长度(2)在完成本试验的过程中，必需留意的事项是________．(填选项前字母)A．橡皮筋两端连接的细绳长度必需相同B．图乙中A、B两点必需等高C．图乙中连接小重物细绳必需在OA、OB夹角的角平分线上D．记录图甲中O点的位置和OA的方向E．记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向(3)若钉子位置固定，利用现有器材变更试验效果，可采纳的方法是__________．解析：(1)橡皮筋遵循胡克定律，要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长，得到橡皮筋的伸长量，依据拉力大小与伸长量成比例作力的图示．故选C、D．(2)橡皮筋连接的细绳要略微长些，并非要求等长，A错误；图乙中A、B两点不用必需等高，B错误；图乙中连接小重物的细绳可以在OA、OB夹角的角平分线上，也可以不在，C错误；图甲中O点的位置和OA的方向不须要记录，D错误；须要记录图乙中O点的位置和OA、OB的方向，E正确．(3)在钉子位置不变的状况下，要变更试验效果，只能变更小重物的质量．故可采纳的方法是更换小重物．答案：(1)CD(2)E(3)更换小重物6．某同学通过下述试验验证力的平行四边形定则．甲试验步骤：①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．②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)．每次将弹簧秤示数变更0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力计为FOO′．④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．乙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F­l图线，依据图线求得l0＝________cm(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为________N．(3)依据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F′的图示．(4)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出试验结论．解析：(1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点匀称分布在直线的两侧．如图甲所示，由图线可知与横轴的交点为橡皮筋的原长，即l0＝10.0cm．甲