高三物理一輪復(fù)習(xí)實驗三驗證力的平行四邊形定則省公開課一等獎新名師獲獎

試驗三驗證力平行四邊形定則1/85【試驗?zāi)繕?biāo)】1.驗證互成角度兩個共點力合成時平行四邊形定則。2.學(xué)會用作圖法處理試驗數(shù)據(jù)和得出試驗結(jié)論。2/85【試驗原理】等效思想:使一個力F′作用效果和兩個力F1和F2作用效果相同,就是使同一條一端固定橡皮條伸長到同一點O,即伸長量相同,所以F′為F1和F2協(xié)力,作出力F′圖示,再依據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2協(xié)力F圖示,比較F、F′在試驗誤差允許范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同。3/85【試驗器材】方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、鉛筆。4/85【試驗過程】1.儀器安裝:(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上方木板上。(2)用圖釘把橡皮條一端固定在A點,橡皮條另一端拴上兩個細繩套。5/852.測量與統(tǒng)計:(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,使橡皮條與繩結(jié)點伸長到某一位置O。統(tǒng)計兩彈簧測力計讀數(shù)F1、F2,用鉛筆描下O點位置及此時兩細繩方向。6/85(2)只用一只彈簧測力計經(jīng)過細繩套把橡皮條結(jié)點拉到一樣位置O。記下彈簧測力計讀數(shù)F′和細繩套方向。(3)改變兩彈簧測力計拉力大小和方向,再重做兩次試驗。7/85【數(shù)據(jù)處理】1.用鉛筆和刻度尺從力作用點(位置O)沿著兩繩套方向畫直線,按選定標(biāo)度作這兩只彈簧測力計拉力F1和F2圖示,利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,過O點畫平行四邊形對角線,即為協(xié)力F圖示。8/852.用刻度尺從O點按一樣標(biāo)度沿統(tǒng)計方向作出試驗步驟中彈簧測力計拉力F′圖示。3.比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合,從而驗證平行四邊形定則。9/85【誤差分析】產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差讀數(shù)誤差彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許條件下,盡可能大些,讀數(shù)時眼睛要正視作圖誤差兩分力夾角不能太大或太小,作圖時兩力對邊一定要平行系統(tǒng)誤差彈簧測力計本身誤差選較準(zhǔn)確彈簧測力計10/85【注意事項】1.使用彈簧測力計前,要先觀察指針是否指在零刻度處,若指針不在零刻度處,要設(shè)法調(diào)整指針,使其指在零刻度處。再將兩只彈簧測力計掛鉤鉤在一起,向相反方向拉,假如兩個示數(shù)相同方可使用。11/852.試驗中兩個細繩套不要太短。3.在同一次試驗中,使橡皮條拉長時結(jié)點位置一定要相同。4.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時,夾角不宜太大也不宜太小,在60°～100°之間為宜。12/855.在用力拉彈簧測力計時,拉力應(yīng)沿彈簧測力計軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細繩套應(yīng)該位于與紙面平行同一平面內(nèi)。要預(yù)防彈簧測力計卡殼,預(yù)防彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦。6.在同一試驗中,畫力圖示選定標(biāo)度要相同,而且要恰當(dāng)選定標(biāo)度,使力圖示稍大一些。13/85熱點一對試驗原理和數(shù)據(jù)處理考查【典例1】(·山東高考)某同學(xué)經(jīng)過下述試驗驗證力平行四邊形定則。試驗步驟:①將彈簧秤固定在貼有白紙豎直木板上,使其軸線沿豎直方向。14/85②如圖甲所表示,將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤秤鉤上,另一端用圓珠筆尖豎直向下拉,直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時,將橡皮筋兩端位置標(biāo)識為O1、O2,統(tǒng)計彈簧秤示數(shù)F,測量并統(tǒng)計O1、O2間距離(即橡皮筋長度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N,測出所對應(yīng)l,部分?jǐn)?shù)據(jù)以下表所表示:15/85F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.0516/85③找出②中F=2.50N時橡皮筋兩端位置,重新標(biāo)識為O、O′,橡皮筋拉力記為FOO′。17/85④在秤鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在秤鉤上,如圖乙所表示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋兩端,使秤鉤下端到達O點,將兩筆尖位置標(biāo)識為A、B,橡皮筋OA段拉力記為FOA,OB段拉力記為FOB。18/85完成以下作圖和填空:世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號42722046(1)利用表中數(shù)據(jù)在給出坐標(biāo)紙上畫出F-l圖線,依據(jù)圖線求得l0=

cm。19/85(2)測得OA=6.00cm,OB=7.60cm,則FOA大小為

N。(3)依據(jù)給出標(biāo)度,作出FOA和FOB協(xié)力F′圖示。20/85(4)經(jīng)過比較F′與

大小和方向,即可得出試驗結(jié)論。21/85【解題指導(dǎo)】(1)命題立意:本題主要考查驗證力平行四邊形定則試驗步驟和數(shù)據(jù)處理。(2)解題關(guān)鍵:解答本題應(yīng)注意以下兩點:①依據(jù)胡克定律結(jié)合圖象求出l0。②畫力圖示時,要嚴(yán)格按照要求用尺規(guī)作圖。22/85【解析】(1)F-l圖線橫軸截距表示F=0時橡皮筋l值,所以F-l圖線橫軸截距即表示橡皮筋原長,l0=10.0cm。(2)橡皮筋總長度l=6.00cm+7.60cm=13.60cm,在F-l圖線上找到與13.60cm對應(yīng)彈力F=1.80N。23/85(3)依據(jù)平行四邊形定則,作出平行四邊形并求出對角線表示力F′。(4)因為F′是依據(jù)平行四邊形定則求出,FOO′是實際測量出,假如在誤差允許范圍內(nèi),F′與FOO′近似相等,就驗證了平行四邊形定則。24/85答案:(1)如圖所表示10.00(9.80、9.90、10.10均正確)25/85(2)1.80(1.70～1.90均正確)(3)如圖所表示(4)FOO′26/85【強化訓(xùn)練】1.用如圖甲所表示裝置做“驗證力平行四邊形定則”試驗。27/85(1)某同學(xué)試驗操作以下,請完成相關(guān)內(nèi)容。①在桌面上放一方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上。②用圖釘把橡皮條一端固定在A點,另一端系上兩根細繩,細繩另一端系有繩套。③用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,橡皮條伸長,使結(jié)點抵達某一位置O。記下O點位置,讀出兩個彈簧測力計示數(shù),并

。28/85④按選好標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計拉力F1和F2圖示,并用平行四邊形定則求出協(xié)力F。⑤只用一個彈簧測力計,經(jīng)過細繩套把橡皮條結(jié)點拉到一樣位置O,

,記下細繩方向,按同一標(biāo)度作出這個力F′圖示。29/85(2)某次試驗中彈簧測力計示數(shù)如圖乙所表示,則兩彈簧測力計拉力大小分別為

N、

N。30/85(3)某同學(xué)完成驗證力平行四邊形定則試驗操作后得到數(shù)據(jù)如圖丙,請選適當(dāng)標(biāo)度在方框中作圖完成該同學(xué)未完成試驗處理。結(jié)論:

。31/85(4)若兩個彈簧測力計讀數(shù)分別為3.00N、4.00N,且兩彈簧測力計拉力方向夾角為銳角,則

(選填“能”或“不能”)用一個量程為5N彈簧測力計測出它們協(xié)力,理由是

。32/85【解析】(1)③用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,橡皮條伸長,使結(jié)點抵達某一位置O,此時需要用鉛筆記下O點位置和兩條細繩方向,讀出兩個彈簧測力計示數(shù)。⑤只用一個彈簧測力計,經(jīng)過細繩套把橡皮條結(jié)點拉到一樣位置O,此時需要讀出彈簧測力計示數(shù),并記下細繩方向。33/85(2)兩個彈簧測力計讀數(shù)分別為2.50N和4.00N。(3)如圖所表示,依據(jù)所作圖象可得到結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi),協(xié)力與分力是等效替換關(guān)系,且互成角度兩個力合成時遵照平行四邊形定則。34/85(4)不能3.00N和4.00N兩個力協(xié)力會大于5N,超出彈簧測力計量程答案:(1)③記下兩條細繩方向⑤讀出彈簧測力計示數(shù)(2)2.504.00(3)看法析在誤差允許范圍內(nèi),協(xié)力與分力是等效替換關(guān)系,且互成角度兩個力合成時遵照平行四邊形定則(4)不能超出彈簧測力計量程35/852.(·福州模擬)小明同學(xué)在做“互成角度兩個力合成”試驗時,利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋結(jié)點位置O點以及兩個彈簧測力計拉力大小和方向,某一次試驗結(jié)果如圖所表示。36/85(1)在圖中作出F1和F2協(xié)力,并用F表示此力。(2)若圖中小正方形邊長表示1N,F1、F2與F夾角分別為θ1和θ2,關(guān)于F1、F2與F、θ1和θ2關(guān)系正確有

。A.F1=6NB.F=8NC.θ1=45°D.θ1<θ2(3)相關(guān)此試驗,以下敘述正確是

。A.在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行37/85B.兩彈簧測力計拉力能夠同時比橡皮筋拉力大C.橡皮筋拉力是協(xié)力,兩彈簧測力計拉力是分力D.兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置O,這么做目標(biāo)是確保兩次彈簧測力計拉力效果相同E.若只增大某一個彈簧測力計拉力大小而要確保橡皮筋結(jié)點位置不變,只需調(diào)整一個彈簧測力計拉力大小即可38/85【解析】(1)依據(jù)平行四邊形定則作出協(xié)力大小,如圖所表示:39/85(2)圖中小正方形邊長表示1N,由圖可知,F1=3N≈4.2N,F=8N,依據(jù)幾何關(guān)系知,F1與F夾角為45°,θ1>θ2,故B、C正確,A、D錯誤。(3)在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行,故A正確;兩彈簧測力計拉力能夠同時比橡皮筋拉力大,即拉力大小能夠大于協(xié)力大小,故B40/85正確;兩彈簧測力計拉力協(xié)力與橡皮筋拉力等值反向,兩彈簧測力計拉力是分力,不過橡皮筋拉力與協(xié)力等大反向,故C錯誤;兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置O,這么做目標(biāo)是確保兩次彈簧測力計拉力效果相同,故D正確;結(jié)點位置不變,協(xié)力不變,當(dāng)一個彈簧測力計拉力大小改變時,另一個彈簧測力計拉力大小和方向必須都改變,故E錯誤。答案:(1)看法析(2)B、C(3)A、B、D41/85【反思歸納】數(shù)據(jù)處理兩點注意(1)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)選取適當(dāng)標(biāo)度,并嚴(yán)格按照標(biāo)度作出力圖示。(2)規(guī)范作出平行四邊形,畫出對角線。42/85熱點二對試驗步驟和誤差分析考查【典例2】(·莆田模擬)某同學(xué)在家中嘗試驗證力平行四邊形定則,他找到三條長度和粗細相同橡皮筋(遵照胡克定律),以及重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘子等。他設(shè)計了以下試驗:①將三條橡皮筋一端系在一起,另一端分別連一個繩套。43/85②他分別向兩邊拉住任意兩個繩套,測量橡皮筋長度是否相等。③在墻上A、B兩點釘兩個釘子,將白紙固定在墻面上適當(dāng)位置,再將橡皮筋兩個繩套掛在兩釘子上,測出此時三條橡皮筋長度。④將重物掛在第三個繩套C上,測出并統(tǒng)計三條橡皮筋長度并記下結(jié)點O位置。44/85⑤取下白紙,畫出受力圖,驗證平行四邊形定則。⑥換用不一樣重物并改變A、B位置重復(fù)試驗。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號42722047

45/85(1)試驗步驟②目標(biāo)是

。(2)試驗步驟④中,有一個主要遺漏是

。(3)試驗步驟⑥中

(選填“需要”或“不需要”)確保O點位置不變。(4)為了減小試驗誤差,下述做法正確是

。A.A、B要一樣高B.A、B距離要適當(dāng)C.重物質(zhì)量不能太大 D.橡皮筋要與墻面平行46/85【思索探究】(1)試驗時需要統(tǒng)計橡皮筋拉力大小和_____。方向47/85(2)本試驗驗證力平行四邊形定則依據(jù)是什么?提醒:結(jié)點O處于平衡狀態(tài),所受協(xié)力為零,經(jīng)過任意兩個力協(xié)力與第三個力是否等值反向驗證力平行四邊形定則。48/85(3)試驗中誤差主要是由橡皮筋各力是否在____________,拉力大小和_____是否適當(dāng)?shù)仍蛟斐?。同一平面?nèi)方向49/85【解析】(1)他分別向兩邊拉住任意兩個繩套,測量橡皮筋長度是否相等,目標(biāo)是判斷橡皮筋勁度系數(shù)是否相同。(2)試驗步驟④中,有一個主要遺漏是記下拉力方向。50/85(3)該試驗,橡皮筋恪守胡克定律,結(jié)點O處于平衡狀態(tài),所受協(xié)力為零,經(jīng)過任意兩個力協(xié)力與第三個力是否等值反向驗證力平行四邊形定則,不需要確保O點位置不變。51/85(4)在該試驗中,A、B不一定要一樣高,不過A、B距離要適當(dāng),不能太大,也不能太小,所掛重物質(zhì)量也要適當(dāng),不能太大,拉力方向與墻面平行,則橡皮筋與墻面需平行,故A錯誤,B、C、D正確。答案:(1)判斷橡皮筋勁度系數(shù)是否相同(2)記下拉力方向(3)不需要(4)B、C、D52/85【強化訓(xùn)練】1.(·安徽高考)在“驗證力平行四邊形定則”試驗中,某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置木板上,將橡皮條一端固定在板上一點,兩個細繩套系在橡皮條另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套,互成角度地施加拉力,使橡皮條伸長,結(jié)點抵達紙面上某一位置,如圖所表示。請將以下試驗操作和處理補充完整:53/85(1)用鉛筆描下結(jié)點位置,記為O。(2)統(tǒng)計兩個彈簧測力計示數(shù)F1和F2,沿每條細繩(套)方向用鉛筆分別描出幾個點,用刻度尺把對應(yīng)點連成線。(3)只用一個彈簧測力計,經(jīng)過細繩套把橡皮條結(jié)點仍拉到位置O,統(tǒng)計測力計示數(shù)F3,

。54/85(4)按照力圖示要求,作出拉力F1、F2、F3。(5)依據(jù)力平行四邊形定則作出F1和F2協(xié)力F。(6)比較

一致程度,若有較大差異,對其原因進行分析,并做出對應(yīng)改進后再次進行試驗。55/85【解析】用一個彈簧測力計把橡皮條結(jié)點拉到位置O后,除了統(tǒng)計測力計示數(shù)F3大小外,還要統(tǒng)計拉力F3方向,作出F3圖示,與F1、F2協(xié)力F比較即可驗證。答案:(3)沿此時細繩(套)方向用鉛筆描出幾個點,用刻度尺把這些點連成直線(6)F和F356/852.(1)在“驗證力平行四邊形定則”試驗中,需要將橡皮條一端固定在水平木板上,另一端系上兩根細繩,細繩另一端都有繩套(如圖甲)。試驗中需用兩個彈簧測力計分別拉住繩套,并互成角度地拉橡皮條。某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項:57/85A.兩根細繩必須等長;B.橡皮條應(yīng)與兩繩夾角平分線在同一直線上;C.在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行。其中正確是

。(填入對應(yīng)字母)58/85(2)某同學(xué)試驗結(jié)果如圖乙,其中A為固定橡皮條圖釘,O為橡皮條與細繩結(jié)點位置。圖中

是F1與F2協(xié)力理論值;

是力F1與F2協(xié)力試驗值;經(jīng)過把

和

進行比較,驗證平行四邊形定則。59/85【解析】(1)細繩作用是能顯示出力方向,所以無須等長,故A錯誤;兩細繩拉橡皮條時,只要確保將結(jié)點拉到同一點即可,不一定橡皮條要在兩細繩夾角平分線上,故B錯誤;在拉彈簧測力計時必須要求彈簧測力計與木板平面平行,不然會影響力大小,故選項C正確。60/85(2)F1與F2合成理論值是經(jīng)過平行四邊形定則算出值,而實際值是單獨一個力拉到O點時值,所以F是F1與F2合成理論值,F′是F1與F2合成實際值;在試驗誤差允許范圍內(nèi),比較F1與F2合成理論值F(經(jīng)過平行四邊形定則得出值)與實際值F′(實際試驗數(shù)值)關(guān)系驗證平行四邊形定則。答案:(1)C(2)FF′FF′61/85【反思歸納】試驗操作三個關(guān)鍵點(1)每次拉伸結(jié)果位置O必須保持不變。(2)記下每次各力大小和方向。(3)各力需在同一平面內(nèi)。62/85熱點三試驗拓展與創(chuàng)新【典例3】(·南陽模擬)用如圖所表示器材和方法能夠驗證“力平行四邊形定則”。在圓形桌子透明桌面上平鋪一張白紙,在桌子邊緣安裝三個光滑滑輪,其中,滑輪P1固定在桌子邊,滑輪P2、P3可沿桌邊移動。第一次試驗中,步驟以下:63/85A.在三根輕繩下掛上一定數(shù)量鉤碼,并使結(jié)點O靜止;B.在白紙上描下O點位置和三根繩子方向,以O(shè)點為起點,作出三拉力圖示;C.以繞過P2、P3繩兩個力為鄰邊作平行四邊形,作出O點為起點平行四邊形對角線,量出對角線長度;64/85D.檢驗對角線長度和繞過P1繩拉力圖示長度是否一樣,方向是否在一條直線上。世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號4272204865/85(1)這次試驗中,若一根繩掛鉤碼質(zhì)量為m,另一根繩掛鉤碼質(zhì)量為2m,則第三根繩掛質(zhì)量一定大于

且小于

。(2)第二次試驗時,改變滑輪P2、P3位置和對應(yīng)繩上鉤碼數(shù)量,使結(jié)點平衡,繩結(jié)點

(選填“必須”或“無須”)與第一次試驗中白紙上描下O點重合。試驗中,若桌面不水平

(選填“會”或“不會”)影響試驗結(jié)論。66/85【創(chuàng)新方向分析】本題用鉤碼重力來替換彈簧測力計拉力,拉力無需測量。67/85【解析】(1)若一根繩掛鉤碼質(zhì)量為m,另一根繩掛鉤碼質(zhì)量為2m,則兩繩子拉力分別為mg、2mg,兩繩子拉力協(xié)力F范圍是|2mg-mg|≤F≤mg+2mg,即mg≤F≤3mg,三力協(xié)力為零,則第三根繩掛質(zhì)量范圍在m～3m之間,即第三根繩掛質(zhì)量一定大于m且小于3m。68/85(2)本試驗不是先用一根繩拉,然后用兩根繩去拉,使一根繩拉作用效果與兩根繩拉作用效果相同,而是三根繩都同時拉O點,所以O(shè)點位置能夠改變,若桌面不水平,也不會影響試驗結(jié)論。答案:(1)m3m(2)無須不會69/85【強化訓(xùn)練】1.(·佛山模擬)某試驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材驗證力平行四邊形定則,設(shè)計了如圖所示試驗裝置,固定在豎直木板上量角器直邊水平,橡皮筋一端固定于量角器圓心O正上方A處,另一端系繩套1和繩套2。主要試驗步驟以下:70/85Ⅰ.彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋,使橡皮筋結(jié)點抵達O處,記下彈簧測力計示數(shù)F;Ⅱ.彈簧測力計掛在繩套1上,手拉著繩套2,遲緩拉橡皮筋,使橡皮筋結(jié)點抵達O處,此時繩套1沿0°方向,繩套2沿120°方向,記下彈簧測力計示數(shù)F1;71/85Ⅲ.依據(jù)力平行四邊形定則計算繩套1拉力F1′=___;Ⅳ.比較___,即可初步驗證;Ⅴ.只改變繩套2方向,重復(fù)上述試驗步驟。①②72/85回答以下問題:(1)完成試驗步驟:①

;②

。(2)將繩套1由0°方向遲緩轉(zhuǎn)動到60°方向,同時繩套2由120°方向遲緩轉(zhuǎn)動到180°方向,此過程中保持橡皮筋結(jié)點在O處不動,保持繩套1和繩套2夾角120°不變。關(guān)于繩套1拉力大小改變,以下結(jié)論正確是

(填選項前序號)73/85A.逐步增大B.先增大后減小C.逐步減小D.先減小后增大74/85【解析】(1)①依據(jù)平行四邊形定則計算繩套1拉力F1′=Ftan30°=F;②經(jīng)過比較F1和F1′,在誤差允許范圍內(nèi)相同,則可初步驗證。75/85(2)兩個繩套在轉(zhuǎn)動過程中,協(xié)力保持不變,依據(jù)平行四邊形定則畫出圖象,如圖所表示:依據(jù)圖象可知,繩套1拉力大小逐步增大,故A正確。答案:(1)①F②F1和F1′(