高考物理復(fù)習(xí) 高效學(xué)習(xí)方略 實(shí)驗(yàn)3 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)線測(cè)出力的大小和方向2驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成時(shí)的平行四邊形定則3培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用作圖法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力二、實(shí)驗(yàn)原理等效思想：使一個(gè)力F的作用效果和兩個(gè)力F1和F2的作用效果相同，都是使同一條一端固定的橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)O，即伸長(zhǎng)量相同，所以F為F1和F2的合力，作出力F的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，比較F、F在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同三、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(幾個(gè))四、實(shí)驗(yàn)步驟1用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的方木板上2用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，用兩條細(xì)繩套結(jié)在橡皮條的另一端 3用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O(如圖所示) 4用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩條細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2. 5只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F和細(xì)繩套的方向 6改變兩個(gè)力F1和F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，比較每次的F與F是否在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等五、誤差分析1用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和彈簧測(cè)力計(jì)不在同一平面內(nèi)，這樣兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的水平拉力的實(shí)際分力比由作圖法得到的合力要小，造成實(shí)驗(yàn)誤差2結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)確，造成作圖誤差 3兩個(gè)分力的起始夾角太大，如大于120，再重復(fù)做兩次實(shí)驗(yàn)，為保證結(jié)點(diǎn)O位置不變(即保證合力不變)，則變化范圍不大，因而彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差較大 4作圖比例不恰當(dāng)、不準(zhǔn)確等造成作圖誤差 5彈簧測(cè)力計(jì)內(nèi)部因操作不當(dāng)出現(xiàn)摩擦 6作力的圖示及平行四邊形時(shí)不夠準(zhǔn)確六、注意事項(xiàng)1使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，應(yīng)使拉力沿彈簧測(cè)力計(jì)的軸線方向，橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套應(yīng)位于與紙面平行的同一平面內(nèi)2使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，拉力適當(dāng)大一些3同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條拉長(zhǎng)后的結(jié)點(diǎn)位置O必須保持不變，即保持作用效果相同 4實(shí)驗(yàn)中兩細(xì)繩套要長(zhǎng)一些 5畫力的圖示時(shí)應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，盡量使圖畫的大一些 6同一次實(shí)驗(yàn)中標(biāo)度應(yīng)該相同，要嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力七、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)也可以完成具體操作如下：1把兩條細(xì)繩套中的一條與彈簧測(cè)力計(jì)連接，另一條細(xì)繩套用手直接抓住，然后同時(shí)拉這條細(xì)繩套和彈簧測(cè)力計(jì)，使結(jié)點(diǎn)拉至位置O點(diǎn)，記下兩條細(xì)繩套的方向和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1. 2放開橡皮條后，將彈簧測(cè)力計(jì)連接到另一細(xì)繩套上，用手再同時(shí)拉這條細(xì)繩套和彈簧測(cè)力計(jì)，使結(jié)點(diǎn)也拉至O點(diǎn)處，并使兩條細(xì)繩套位于記錄下來(lái)的方向上，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2.要點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)步驟【例1】(2011嘉興模擬)某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要步驟是：A在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套； C用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)達(dá)到某一位置O，記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)； D按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F； E只用一只彈簧測(cè)力計(jì)，通過(guò)細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F的圖示； F比較F和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論上述步驟中：(1)有遺漏的步驟的序號(hào)是_和_；(2)遺漏的內(nèi)容分別是_和_解析根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)步驟可知，有遺漏的步驟的序號(hào)是C、E.在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說(shuō)明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O.【答案】(1)CE(2)C中未記下兩條細(xì)繩的方向E中未說(shuō)明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O要點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)基本方法【例2】某同學(xué)在做“互成角度的兩個(gè)力的合成”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用坐標(biāo)紙標(biāo)記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O點(diǎn)以及兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小，如圖(a)所示 (1)試在圖(a)中作出無(wú)實(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力 (2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是() A兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋的拉力大 B橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是分力 C兩次拉橡皮筋時(shí)，需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，這樣做的目的是保證兩次彈簧測(cè)力計(jì)拉力的效果相同 D若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小即可 (3)圖(b)所示是甲和乙兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果，其中哪一個(gè)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)？(力F是用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)的圖示) 答：_. (4)在以上比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況) 答：_.解析(1)以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，其對(duì)角線OF即為所求的合力(如圖所示)(2)兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與橡皮筋的拉力的合力為零，它們之間不是合力與分力的關(guān)系，B錯(cuò)誤；結(jié)點(diǎn)位置不變，合力不變，當(dāng)一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小改變時(shí)，另一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的大小和方向必須都改變，故D錯(cuò)誤；正確的選項(xiàng)只有A、C.(3)用平行四邊形定則求出的合力可以與橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉結(jié)點(diǎn)的拉力與橡皮筋拉力一定在同一直線上，故甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)(4)F1的方向比真實(shí)方向偏左；F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左；作圖時(shí)兩虛線沒(méi)有分別與F1線和F2線平行(任選其二)【答案】(1)見解析圖(2)A、C(3)甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果(4)見解析要點(diǎn)三創(chuàng)新導(dǎo)航【例3】在課外活動(dòng)小組進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過(guò)程中，其研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則，其設(shè)計(jì)方案為：用三根相同的橡皮帶、四個(gè)圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則其步驟如下：將拴有橡皮條的圖釘A、B適當(dāng)張開釘在木板上，拉第三根橡皮條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點(diǎn)處的圖釘O靜止時(shí)，釘下C圖釘，并記錄圖釘O的位置和圖釘A、B、C的位置 將x1、x2、x3按一定比例圖示表示出來(lái)，以x1、x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對(duì)角線OC，比較OC與OC的長(zhǎng)度(即x3的長(zhǎng)度)及方向，若相等，且在一條直線上，則達(dá)到目的，若OC與OC有一微小夾角，則有誤差(如圖所示) 測(cè)出此時(shí)這三根橡皮條的長(zhǎng)度L1、L2、L3，分別算出它們的伸長(zhǎng)量x1L1L0，x2L2L0，x3L3L0. 將三根橡皮條的一端都拴在一個(gè)圖釘O上，將這三根橡皮條的另一端分別拴上圖釘A、B、C，注意此時(shí)四個(gè)圖釘均未固定在板上 用刻度尺測(cè)出橡皮條的自由長(zhǎng)度L0，注意從圖釘腳之間測(cè)起 (1)請(qǐng)你確定該研究小組的實(shí)驗(yàn)步驟的順序是_ (2)對(duì)于本實(shí)驗(yàn)下列論述中正確的是() A實(shí)驗(yàn)中用到了圖釘O受到三個(gè)共面共點(diǎn)力而靜止，任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等、方向相反的原理，使合力和分力在一次實(shí)驗(yàn)中全部出現(xiàn)，從而簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)的過(guò)程 B實(shí)驗(yàn)中用到了胡克定律，簡(jiǎn)化了力的測(cè)量，可以不用彈簧測(cè)力計(jì)就完成實(shí)驗(yàn) C由于實(shí)驗(yàn)中總有OC與OC的微小夾角，故實(shí)驗(yàn)有誤差，該方法不可取 D三根橡皮條不能做到粗細(xì)、長(zhǎng)短完全相同，是該實(shí)驗(yàn)的主要誤差來(lái)源之一解析(1)該實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中應(yīng)該首先將三根橡皮條拴在圖釘上，這樣便于測(cè)橡皮條的原長(zhǎng)，之后就要固定兩個(gè)圖釘拉第三個(gè)圖釘?shù)竭m當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把第三個(gè)圖釘也固定好后就可測(cè)每根橡皮條的長(zhǎng)度并計(jì)算出伸長(zhǎng)量，最后按照胡克定律轉(zhuǎn)換成力作出力的圖示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，所以正確的實(shí)驗(yàn)步驟是.(2)該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是應(yīng)用三個(gè)共點(diǎn)力平衡的推論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的改進(jìn)，應(yīng)用胡克定律將測(cè)量力的大小轉(zhuǎn)換為測(cè)橡皮條的長(zhǎng)度，所以選項(xiàng)A、B都正確；任何實(shí)驗(yàn)都有誤差，誤差是不可避免的，不能因?yàn)橛姓`差就把實(shí)驗(yàn)完全否定，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)的誤差有系統(tǒng)誤差和偶然誤差，都是不可避免的，該實(shí)驗(yàn)也是一樣的，從系統(tǒng)誤差來(lái)看，影響該實(shí)驗(yàn)的主要因素不是原理，而是器材，特別是橡皮條的長(zhǎng)短和粗細(xì).所以說(shuō)三根橡皮條不能做到粗細(xì)、長(zhǎng)短完全相同，是該實(shí)驗(yàn)的主要誤差來(lái)源之一，故選項(xiàng)D也是對(duì)的，所以正確選項(xiàng)為A、B、D.【答案】(1)(2)ABD1(2011昆明模擬)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮條的一端固定在木板上，用兩只彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn)，則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是() A同一次實(shí)驗(yàn)中，O點(diǎn)位置不允許變動(dòng) B實(shí)驗(yàn)中，只需記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和O點(diǎn)的位置 C實(shí)驗(yàn)中，把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩只彈簧測(cè)力計(jì)之間的夾角必須取90 D實(shí)驗(yàn)中，要始終將其中一只彈簧測(cè)力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，然后調(diào)節(jié)另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，把橡皮條另一端拉到O點(diǎn)解析BCD由合力的定義知，只有兩次都把橡皮條拉到同一位置(O點(diǎn))，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的才是合力與分力的等效關(guān)系，故A說(shuō)法正確；實(shí)驗(yàn)中，除了要記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)、O點(diǎn)的位置以外，還要記錄兩個(gè)分力的方向(即繩子拉的方向)，故B說(shuō)法是錯(cuò)誤的；兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)之間的夾角實(shí)際上就是兩個(gè)分力的夾角，這個(gè)夾角應(yīng)當(dāng)是任意的，故C說(shuō)法也是錯(cuò)誤的；實(shí)驗(yàn)中如果始終將其中一只彈簧測(cè)力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，則在調(diào)節(jié)另一只彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)很容易使得這只彈簧測(cè)力計(jì)超過(guò)其量程，是不允許的，故D說(shuō)法也是錯(cuò)誤的2.(2011威海模擬)如圖所示，用A、B兩彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條，使其伸長(zhǎng)到O點(diǎn)()，現(xiàn)保持A的讀數(shù)不變，而使夾角減小，適當(dāng)調(diào)整彈簧測(cè)力計(jì)B的拉力大小和方向，可使O點(diǎn)保持不變，這時(shí)(1)B的示數(shù)應(yīng)是()A一定變大 B一定不變C一定變小 D變大、不變、變小均有可能(2)夾角的變化應(yīng)是()A一定變大B一定不變C一定變小D變大、不變、變小均有可能解析(1)C(2)C“使O點(diǎn)保持不變”，即表示A、B拉力的合力的大小和方向不變，則以O(shè)為圓心，以A的拉力大小為半徑畫圓弧如圖所示，根據(jù)平行四邊形定則，按題意減小，可知B的拉力的大小和方向均發(fā)生相應(yīng)的變化，由圖可知B的拉力的大小和角度都將變小，故(1)、(2)均選C 3.(2011河西高三期末)(1)某同學(xué)做“互成角度的兩個(gè)力合成”實(shí)驗(yàn)時(shí)得出如圖所示的結(jié)果(圖中F與O共線)，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)，圖中_是F1和F2合力的理論值，圖中_是F1和F2合力的實(shí)驗(yàn)值，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證_ (2)在“互成角度的兩個(gè)力合成”實(shí)驗(yàn)中，用A、B兩只彈簧秤把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O，這時(shí)AO、BO間夾角AOB90，如圖所示，現(xiàn)改變彈簧秤A的拉力方向，使角減小，但不改變它的拉力大小，那么要使結(jié)點(diǎn)仍被拉到O點(diǎn)，就應(yīng)調(diào)節(jié)彈簧秤B拉力的大小及角，在下列調(diào)整方法中，哪些是可行的_A增大B的拉力，增大角B增大B的拉力，角不變C增大B的拉力，減小角DB的拉力大小不變，增大角【答案】(1)FF互成角度的兩個(gè)力合成遵循平行四邊形定則(2)ABC4(2011長(zhǎng)沙一中高三月考)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，若由于F1的誤差使F1與F2的合力F方向略向左偏，如圖所示，但F大小等于F，引起這一結(jié)果的原因可能是F1的大小比真實(shí)值偏_，F(xiàn)1的方向使它與F2的夾角比真實(shí)值偏_(填“大”或“小”)【答案】大大5(2011長(zhǎng)沙模擬)在做驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中：(1)除了方木板、白紙、圖釘、細(xì)繩套、橡皮條、鉛筆和刻度尺外，還需要的器材有：_.(2)在此實(shí)驗(yàn)中，假如F1的大小及方向固定不變，那么為了使橡皮條仍然伸長(zhǎng)到O點(diǎn)，對(duì)F2來(lái)說(shuō)，下面幾種說(shuō)法中正確的是()AF2可以有多個(gè)方向BF2的大小可以有多個(gè)值CF2的方向和大小是唯一確定值DF2的方向是唯一的，但大小可有多個(gè)值解析(1)除了題中給出的儀器，還需要兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)(2)當(dāng)F1的大小和方向固定后，使橡皮條伸長(zhǎng)到O點(diǎn)，F(xiàn)2可以有多個(gè)方向，而每改變一次方向，F(xiàn)2的大小也要相應(yīng)改變，故A、B正確，C、D錯(cuò)誤【答案】(1)兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)(2)AB6(2011合肥模擬)有同學(xué)利用如圖的裝置來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B，將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，每個(gè)鉤碼的質(zhì)量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列問(wèn)題： (1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?) A鉤碼的個(gè)數(shù)N1N22，N34 B鉤碼的個(gè)數(shù)N1N33，N24 C鉤碼的個(gè)數(shù)N1N2N34 D鉤碼的個(gè)數(shù)N13，N24，N35 (2)在一拆下鉤碼和繩子前，應(yīng)該做好三個(gè)方面的記錄： _. _. _.解析(1)本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則時(shí)，兩分力F1和F2不能在同一條直線上進(jìn)行，所以A錯(cuò)誤，B、C、D正確(2)要標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，同時(shí)記錄OA、OB、OC三段繩子的方向和三段繩子所掛鉤碼的個(gè)數(shù)【答案】(1)BCD(2)標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置記錄OA、OB、OC繩的方向三段繩上所掛鉤碼的個(gè)數(shù)