2020版高考物理一轮复习第2章实验3验证力的平行四边形定则教学案新人教版.pdf
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1、实验三 验证力的平行四边形定则实验三 验证力的平行四边形定则 1实验目的 (1)验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。 (2)培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。 2实验原理 互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则 求出的合力F与F在实验误差允许范围内是否相同。 3实验器材 木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺。 4实验步骤 (1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。 (2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点 到达某一位置O。如图甲所示。 甲 乙 (3)用铅笔
2、描下结点O的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,利用刻度 尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。 (4)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹 簧测力计的读数F和细绳的方向,如图乙所示。 (5)比较F与用平行四边形定则求得的合力F,看它们在实验误差允许的范围内是否相 同。 5注意事项 (1)使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要调整 指针使其指在零刻度处。再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示 数相同方可使用。 (2)实验中的两个细绳套不要太短。 (3)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置
3、一定要相同。 (4)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在 60100之间为宜。 (5)在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、 橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力 计或橡皮条与纸面有摩擦。 (6)在同一实验中,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。 考点一| 实验原理与操作 本实验的依据是合力与分力的等效性,在操作时要记住“一注意”和“两记录”: (1)注意两次结点O的位置必须相同。 (2)两个弹簧测力计拉橡皮条时,记录两弹簧测力计示数、两绳方向和
4、结点O的位置。 (3)一个弹簧测力计拉橡皮条时,记录弹簧测力计示数和细绳方向。 考点对练 1“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为 橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图。 甲 乙 (1)图乙中的_是力F1和F2的合力的理论值;_是力F1和F2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,那么实验结果是否会发生变化?答: _(选填“变”或“不变”)。 解析 : (1)题图乙中的F是力F1和F2的合力的理论值,F为F1和F2的合力的实际测量值。 (2)在实验中,如果将细绳换成橡皮筋,并不影响两弹簧水平的拉
5、力的大小和方向,因此 实验结果不会发生变化。 答案:(1)F F (2)不变 2完成以下“验证力的平行四边形定则”实验的几个主要步骤: 甲 乙 丙 (1)如图甲,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, 记下结点O的位置、两弹簧测力计的读数F1、F2以及两细绳套的方向。 (2)如图乙,用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到_,记下细绳套的 方向(如图丙中的c),读得弹簧测力计的示数F_。 (3)如图丙,按选定的标度作出了F1、F2的图示,请在图丙中: 按同样的标度作出力F的图示; 按力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F。 (4)若F与F_, 则平行四边形定则
6、得到验证。 解析:(2)如题图乙,用一只弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条的结点拉到同一位置O,记 下细绳套的方向,由图示弹簧测力计可读得弹簧测力计的示数F4.0 N。 (3)作出力F的图示如图所示。 根据力的平行四边形定则,作出F1、F2的合力F,如图所示。 (4)若有F与F在误差范围内大小相等,方向相同,则平行四边形定则得到验证。 答案:(2)同一位置O 4.0 N (3)见解析 (4)在误差范围内大小相等,方向相同 考点二| 数据处理与误差分析 1本实验用作图法处理数据,要注意三个力的图示必须用同一标度,要选取合适的标度, 使力的图示在坐标纸中的比例尽量大些。 2根据二力平衡条件,实验得到的合
7、力F一定与橡皮筋在一条线上,用平行四边形定 则作出的合力F由于实验误差偏离此直线,可应用平行四边形图示法分析误差产生的原因。 考点对练 1.(2017全国卷)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验,将画有坐标轴(横 轴为x轴,纵轴为y轴,最小刻度表示 1 mm)的纸贴在桌面上,如图(a)所示。将橡皮筋的一 端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外),另一端P位于y轴上的A点时,橡皮筋处于 原长。 (1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O。此时拉力F的大小可由 测力计读出。测力计的示数如图(b)所示,F的大小为_N。 (2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋P端回到A点,现使用两个
8、测力计同时拉橡皮筋,再次将P 端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向,由测力计的示数读出 两个拉力的大小分别为F14.2 N 和F25.6 N。 ()用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力, 以O点为作用点, 在图(a)中画出力F1、F2的图示, 然后按平行四边形定则画出它们的合力F合; ()F合的大小为_N,F合与拉力F的夹角的正切值为_。 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内,则该实验验证了力 的平行四边形定则。 解析:(1)由题给测力计示数可知,读数为 4.0 N。 (2)作图,F2长度为 28 mm,F1长度为 21 mm,平行四边
9、形如图,量出合力长度约为 20 mm, 大小代表 4.0 N,量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度,其比值就是F合 与拉力F的夹角的正切值。 答案:(1)4.0 (2)()见解析 ()4.0 0.05 2(2019大连模拟)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 5 N、最小刻度为 0.1 N 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,如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从 图中读出。 甲 乙 (1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_N 和_N。 (2)在如图乙所示的方格纸上按作图法
10、的要求画出这两个力及它们的合力。 丙 (3)图丙中 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 有 哪 些 ? _ _ _。 解析:(1)弹簧测力计的最小刻度为 0.1 N,读数时应估读一位,所以读数分别为 2.50 N 和 4.00 N。 (2)取一个小方格的边长表示 0.50 N,作出两个力及它们的合力如图所示。 (3)F是用一个弹簧测力计拉橡皮筋所得到的, 其方向一定在橡皮筋所在直线上, 所以 b 图符合实际。产生误差的原因主要是弹簧测力计读数偏差,确定分力方向不够准确等。 答案:(
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