全程學習2021-2021學年高中物理45實驗驗證力的平行四邊形定則精講優(yōu)練課型課件必修1

實驗：驗證力的平行四邊形定則目的和器材實驗原理實驗?zāi)康?.驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則2.培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力如果使F1、F2的共同作用效果與另一個力F′的作用效果相同(橡皮條在某一方向伸長一定的長度)，那么根據(jù)F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F，應(yīng)與F′在實驗誤差允許范圍內(nèi)大小相等、方向相同實驗器材方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩個)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細芯鉛筆【實驗過程】1.儀器的安裝：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上，并用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套，如圖所示。2.操作與記錄：(1)用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O，記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向。(2)用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向。3.作圖與分析：(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩套方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示。(2)用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計時的拉力F′的圖示，如圖所示。(3)比較一下力F′與用平行四邊形定則求出的合力F，在誤差允許的范圍內(nèi)大小和方向是否相同。(4)改變兩個力F1與F2的大小和夾角，再重復(fù)上述實驗兩次?！菊`差分析】1.實驗的系統(tǒng)誤差：(1)彈簧測力計使用前沒調(diào)零造成的誤差。(2)彈簧測力計的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧測力計外殼和紙面之間有摩擦力存在會造成的誤差。2.實驗的偶然誤差：(1)兩次測量拉力時，橡皮條的結(jié)點O沒有拉到同一點會造成的誤差。(2)讀數(shù)時造成的誤差。(3)在應(yīng)用平行四邊形定則作圖時，F(xiàn)1、F2及合力F作圖不準確造成的誤差?！咀⒁馐马棥?.彈簧測力計的選取方法：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉，若兩只彈簧在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另選，直至相同為止。2.保證分力與合力作用效果相同的方法：在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點O的位置一定要相同。3.橡皮條老化的檢查方法：用一個彈簧測力計拉橡皮條，要反復(fù)做幾次，使橡皮條拉到相同的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變化。4.彈簧測力計夾角范圍：用兩個彈簧測力計鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°到120°之間為宜。5.拉力的選取原則：在不超出彈簧測力計的量程和橡皮條形變限度的條件下，使拉力適當大些。6.畫力的圖示的注意事項：在同一次實驗中，畫力的圖示選定的標度要相同，并且要恰當選定標度，使力的圖示稍大一些。熱點一實驗原理及操作過程【典例1】(2015·菏澤高一檢測)某同學在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子，設(shè)計了如下實驗：如圖所示，將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細繩掛一重物。(1)為完成實驗，下述操作中必需的是

A.測量細繩的長度B.測量橡皮筋的原長C.測量懸掛重物后橡皮筋的長度D.記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置(2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗證，可采用的方法是

。

【正確解答】(1)必需測量橡皮筋的原長和懸掛重物后橡皮筋的長度，這樣才能確定橡皮筋的伸長量，確定各力的大小，還需記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置，同時記下三條橡皮筋所在的方向，以便確定各拉力的方向，根據(jù)平行四邊形定則作出合力的圖示。因此，必需的操作是B、C、D。(2)改變條件再次驗證可采用更換不同的小重物的方法。答案：(1)B、C、D

(2)更換不同的小重物熱點二實驗數(shù)據(jù)處理【典例2】(2014·江蘇高考)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。(1)實驗記錄紙如圖所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力。(2)仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。實驗裝置如圖所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡。重復(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡。

兩次實驗記錄的軌跡如圖所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為

。(3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有(

)(填寫選項前的字母)A.橡皮筋的長度與受到的拉力成正比B.兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長C.兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大D.兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大(4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。

【正確解答】(1)用直尺作出如圖所示的力的示意圖，得到F合=4.6～4.9N都算對。(2)根據(jù)力的平衡F=mgtanθ，所以Fa=Fb，θ為橡皮筋被拉伸的方向與豎直方向的夾角。(3)選B、D。根據(jù)題圖，兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長，B項正確；根據(jù)題圖，兩次被拉伸到相同長度時，即Oa=Ob′，根據(jù)F=mgtanθ，橡皮筋第2次受到的拉力較小，C項錯誤；從題圖可以看出，兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大，D正確，