高中物理：实验三 验证力的平行四边形定则课件

2021/8/11星期三1【实验目的】验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则.【实验原理】一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用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F′就是这两个力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和F′的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则.实验三验证力的平行四边形定则要点归纳2021/8/11星期三2【实验器材】方木板一块、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)、细芯铅笔.【实验步骤】1.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.2.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉像皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图1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套的方向.2021/8/11星期三3图13.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.4.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.2021/8/11星期三45.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的拉力F′的图示.6.比较一下,力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同.白纸钉在木板处,两秤同拉有角度,读数画线选标度,再用一秤拉同处,作出力的矢量图.锦囊妙诀2021/8/11星期三5交流与思考每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同,能否验证平行四边形定则？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换的思想方法.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.提示2021/8/11星期三6【注意事项】1.不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,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.2.使用弹簧秤前,应先调节零刻度,使用时不超过量程,拉弹簧秤时,应使弹簧秤与木板平行.3.在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相同.4.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.5.读数时应正对、平视刻度.6.两拉力F1和F2夹角不宜过小,作力的图示,标度要一致.2021/8/11星期三7交流与思考如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？保持两力的大小不变,改变两力之间的夹角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的位置变化,判断合力大小的变化情况,结点离固定点越远,说明两力的合力越大.提示2021/8/11星期三8【误差分析】1.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.2.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.3.两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变),则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显著,读数误差大.4.作图比例不恰当造成作图误差.2021/8/11星期三9交流与思考实验时由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F′忘记标注而造成错乱,你如何加以区分?由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮条伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F′，不共线的合力表示由作图法得到的合力F.提示2021/8/11星期三10【例1】在做“互成角度的两个力的合成”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,以下操作中错误的是()A.同一次实验过程中,O点位置允许变动B.实验中,弹簧秤必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点D.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两弹簧秤之间夹角应取90°,以便于算出合力的大小典例剖析2021/8/11星期三11思路点拨(1)该实验中怎样使合力与分力产生的效果相同?(2)实验操作中要注意哪些问题?解析从橡皮条固定点到O点的连线方向,是合力的作用线方向,如果O点变动,那么合力的大小、方向都要变化，就不能验证力的平行四边形定则,故A选项错.C选项中,因一个弹簧秤已拉到最大量程,再通过另一个弹簧秤拉橡皮条到O点时,另一个弹簧秤可能超过最大量程,造成损坏,或读数不准,故C选项错.互成角度的两个力的合成,是利用平行四边形定则合成的,两个分力成任意角度都适用,不必成90°角,故D选项错. 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 ACD2021/8/11星期三12【例2】将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计.沿着两个不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图2所示.这时弹簧测力计的读数可从图中读出.图22021/8/11星期三13(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为___N和______N.(2)在图3所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.图3(3)图4(a)(b)两图是两位同学得到的实验结果,其中哪一个图符合实际?若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些?2021/8/11星期三14图4(1)读数时要符合有效数字的要求.(2)合理选取标度,作出两分力,再应用平行四边形定则作出合力.(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的,应在什么方向上?解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1N,读数时应估读一位,所以读数分别为2.50N和4.00N.思路点拨2021/8/11星期三15(2)取一个小方格的边长表示0.50N,作出两个力及它们的合力.(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的,其方向一定在橡皮条所在直线上,所以b图符合实际,误差的原因主要是弹簧测力计读数误差,确定分力方向不够准确等原因.答案(1)2.504.00(2)见解析图(3)b图误差原因见解析2021/8/11星期三16【例3】请不用弹簧秤,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、平木板来验证平行四边形法则.解析仅用橡皮条也可验证平行四边形定则,其步骤、方法如下:(1)将三条橡皮条的一端都拴在一个图钉O上,将这三条橡皮条的另一端分别再拴一个图钉A、B、C,注意此时四个图钉均未固定在板上,如右图所示.创新实验2021/8/11星期三17(2)用直尺测出橡皮条的自由长度L0,注意从图钉脚之间测起.(3)将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条C,即使三条橡皮条互成角度拉伸,待节点处的图钉O静止时,钉下C图钉,并记录图钉O的位置(注意此时O图钉不能钉)记录图钉A、B、C的位置.(此时图钉有孔,不需铅笔)(4)测出这三条橡皮的长度L1、L2、L3,分别算出它们的伸长量X1=L1-L0,X2=L2-L0,X3=L3-L0.2021/8/11星期三18(5)将X1、X2、X3按一定比例图示出来,以X1、X2为邻边作平行四边形,求出其对角线OC′.比较OC′与OC的长度(即X3的长度),如果相等,且在一条直线上,则达到目的.若OC′与OC有一微小夹角θ,则有误差(如上图所示).本实验是根据图钉O受到三个平面共点力而静止.任意两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原理.答案见解析2021/8/11星期三191.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5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.素能提升图52021/8/11星期三20(1)图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示,下列说法中正确的是()A.图乙中的F是力F1和F2合力的理论值,F′是力F1和F2合力的实际测量值B.图乙的F′是力F1和F2合力的理论值,F是力F1和F2合力的实际测量值C.在实验中,如果将细绳也换成橡皮条,那么对实验结果没有影响D.在实验中,如果将细绳也换成橡皮条,那么对实验结果有影响2021/8/11星期三21(2)本实验采用的科学方法是______(填字母代号)A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法解析(1)从图乙中可以看出,F′是根据平行四边形定则作出的理论值,F为合力的实际测量值;本实验用两个弹簧秤拉像皮条和一个弹簧秤拉橡皮条效果相同,都使结点O到达同一位置,至于OB、OC是细绳还是橡皮条则没有关系,故B、C正确.(2)本实验采用的科学方法是等效替代法,B项正确.答案(1)BC(2)B2021/8/11星期三222.在“验证力的平行四边形定则”中,采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差()A.两个分力F1、F2间的夹角要适当大些B.两个分力F1、F2的大小要适当大些C.拉橡皮条的细绳要稍长一些D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住,平放在桌子上,向相反方向拉动,检查读数是否相同ABCD2021/8/11星期三233.某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,主要实验步骤如下:A.在桌面上放一块木板,在木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在木板上B.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端打成绳套C.用两个弹簧秤分别勾住绳套,平行于木板且互成角度地拉橡皮条,把橡皮条的结点拉到某一位置O,记录下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数2021/8/11星期三24D.按选好的比例,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力FE.只用一个弹簧秤,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向，按同一比例作出这个力F′的图示F.比较力F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论2021/8/11星期三25上述步骤中:(1)有重要遗漏的步骤序号是____________;(2)遗漏的内容是_________________________.解析本实验的基本思想是“等效替代”,用一个弹簧秤拉橡皮条和两个弹簧秤拉的效果相同,所以要把橡皮条的结点拉到同一位置O点.答案(1)E(2)E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了O点2021/8/11星期三264.小明同学在学完力的合成与分解后,想在家里做实验验证力的平行四边形定则.他从学校的实验室里借来两只弹簧测力计,按如下步骤进行实验.A.在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向B.在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯,记下静止时弹簧测力计的读数F.C.将一根大约30cm长的细线从纸带中穿过，再将细线两端拴在两只弹簧测力计的挂钩上.在靠近白纸处用手对称地拉开细线,使两只弹簧测力计的读数2021/8/11星期三27相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数.如图7甲所示.D.在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示,如图乙所示,根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F′.图62021/8/11星期三28(1)在步骤C中,弹簧测力计的读数为______N.(2)在步骤D中,合力F′=________N.(3)若_______________________________________,就可以验证力的平行四边形定则.答案(1)3.00(2)5.2±0.2(3)F′近似在竖直方向,且数值与F近似相等2021/8/11星期三29