高中物理 相互作用(一)實驗：驗證力的平行四邊行定則學案

1、相互作用（一）實驗：驗證力的平行四邊行定則1實驗目的(1) 驗證兩個力合成時的平行四邊形定則。(2) 通過驗證力的平行四邊形定則，培養(yǎng)用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的能力。2實驗原理根據(jù)合力與分力等效，先測出發(fā)生某形變時的兩拉力F1、F2的大小和方向，根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示；再測出用一個拉力F 作用時發(fā)生同樣形變時的大小和方向，作出F 的圖示。比較F與F 的大小和方向是否在實驗允許誤差內(nèi)相同，以驗證互成角度兩個力合成時的平行四邊形定則。3實驗器材方木板、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（幾枚）、鉛筆。4實驗裝置實驗裝置如圖所示。5

2、實驗步驟（1）用圖釘把白紙固定在水平桌面的方木板上（2）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（3）用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點接到某一位置O，記下兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及此時兩條細繩套的方向。（4）用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用作平行四邊形，過O點畫出平行四邊形的對角線，即為合力F的圖示。（5）只用一只彈簧測力計鉤住細繩套，把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計讀數(shù)F 和細繩的方向，用刻度尺從O點按同樣標度沿記錄的方向作出這

3、只彈簧測力計的拉力F 的圖示。（6）比較力F 與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向，在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相同，得出結(jié)論。（7）改變兩個力F1、F2的大小和夾角，再重復實驗兩次。6數(shù)據(jù)處理 (1) 理論值：在白紙上按比例從O點開始作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。(2) 測量值：按同樣的比例用刻度尺從O點起作出一個彈簧測力計拉橡皮條時拉力F的圖示。(3) 相比較：比較F與用平行四邊形定則求得的合力F在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。7注意事項（1）正確使用彈簧測力計 本實驗中彈簧測力計在使用前將其水平放置，然后檢查、校正零點；將兩只

4、彈簧測力計鉤好后水平對拉，選擇在拉伸過程中讀數(shù)相同的兩只彈簧測力計。 使用時應使彈簧測力計與板面平行，被測力的方向與彈簧測力計軸線一致，讀數(shù)時應正對、平視刻度。在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應使拉力適當大些。（2）規(guī)范實驗操作 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。 細繩套應適當長一些，便于確定力的方向不要直接沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點，取掉細繩套后，再將所標點與O點連一直線確定力的方向。 在同一次實驗中，作力的圖示時，應該選定相同的標度，并且要選取恰當?shù)臉硕?，盡量使圖畫得大一些，但也不要太大面畫出紙外，要嚴格按力的圖

5、示要求和幾何作圖法作出合力。 由作圖法得到的F和實際測量得到F 的不可能完全符合，但在實驗誤差允許范圍內(nèi)可認為F和F 符合即可。8誤差分析（1）誤差來源：本實驗誤差的主要來源除彈簧測力計本身的誤差外，還出現(xiàn)讀數(shù)誤差，作圖誤差等（2）減小誤差的方法：實驗過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計的刻度，要按有效數(shù)字和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄作圖時用刻度尺借助三角板，使表示兩力的對邊一定要平行兩個分力F1、F2之間夾角越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差F也越大，所以實驗中不要把取得太大，但也不要太小，以60100為宜做圖時選取恰當?shù)臉硕缺M量使圖畫得大一些1實驗原理的理解把實驗中得到的兩個分力

6、利用平行四邊形定則作圖得到的合力，是理論上的合力；用一個力拉時該力的效果與兩個力拉的效果相同，是實際的合力本實驗驗證的就是按平行四邊形定則求得的合力與實際的合力，在誤差允許范圍內(nèi)是否一致?！久麕燑c睛】（1）要正確選好實驗器材，必須理解實驗原理和方法。（2）本實驗中要弄清“兩個合力”：用一個彈簧測力計也拉到O點時的拉力F 為實驗測出的合力，而用平行四邊形定則作出的力F1和F2的合力F為理論的合力，其中F 必與沿OA方向，而F不一定沿沿OA方向，通常會偏離沿OA方向?！镜淅骄俊俊镜淅?】在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時：（1）除已有的器材（方木板、白紙、彈簧秤、細繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆）外

7、，還必須 和 。（2）要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果，必須（ ）A每次橡皮條拉到相同的位置 B每次都把橡皮條拉直C每次準確讀出彈簧測力計的示數(shù) D每次記準細繩的方向（3）某同學在某次實驗中的實驗結(jié)果如圖所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩結(jié)點的位置。圖中 是力F1與F2的合力的理論值； 是力F1與F2的合力的實驗值通過把 和 進行比較，驗證平行四邊形定則?！镜淅?】如圖所示是兩位同學在研究“共點力的合成”時得到的實驗結(jié)果，若F 為一個彈簧測力計也拉到O點時的拉力，F(xiàn)為F1和F2的合力根據(jù)實驗要求的符號表示各個力，則可判定其中_同學表示的實驗結(jié)果是尊重實驗事實的在符合實驗結(jié)果中，若

8、F 是準確的，且F F ，則誤差較大的原因可能是哪些？2實驗步驟的分析與判斷本實驗中需要記錄的有：用兩個測力計拉細繩套使橡皮條伸長，繩的結(jié)點到達某位置O點時，要記錄結(jié)點O的位置、兩測力計的示數(shù)F1、F2和兩測力計所示拉力的方向；用一個測力計重新將結(jié)點拉到O點時，彈簧測力計的拉力大小F及方向。【名師點睛】實驗問題的處理方法常常是根據(jù)實驗原理的要求選擇器材，安排合理的操作步驟，只要懂實驗原理，處理問題就不難了，所以實驗前后都必須弄清楚實驗原理。【典例3】在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，其中的三個實驗步驟如下：（1）在水平放置的木板上墊一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端拴兩根細繩，通

9、過細繩同時用兩個測力計互成角度的拉橡皮條，使它與細繩的結(jié)點到達某一位置O點，在白紙上記下O點和兩測力計的讀數(shù)F1和F2.（2）在紙上根據(jù)F1和F2的大小，選擇合適的標度，應用平行四邊形定則求出合力F。（3）只用一只測力計通過細繩拉橡皮條，使它的伸長量與兩測力計拉時相同，記下此時測力計的讀數(shù)F和細繩的方向。以上三個步驟中均有錯誤或疏漏，請指出來。（1）中是 （2）中是 （3）中是 答案與解析1.【答案】（1）橡皮條 三角板 （2）A （3）F、F ；F 、F【解析】（1）根據(jù)實驗器材的要求可知，還必須有橡皮條和三角板（用來做平行四邊形）。（2）根據(jù)實驗的原理可知，正確的答案為A。（3）在本實驗中

10、，按照平行四邊形定則做出的合力為F1和F2的合力的理論值，即圖中F，而用一個彈簧測力計拉時測出的力為F1和F2的合力的實驗值，即圖中F 。2.【答案】甲；誤差較大的原因可能是：F1的圖示方向比其真實方向偏左，大小比真實值小；F2的圖示方向比其真實方向偏左，大小比真實值??；作圖不規(guī)范（如作圖時兩虛線不分別與F1、F2平行）等。3.【答案】（1）中是未記下細繩套的方向。（2）中是除F1、F2的大小之外，還應根據(jù)F1、F2的方向才能準確作圖。（3）中是應將橡皮條與細繩套的結(jié)點拉至同一位置O點。【解析】按實驗操作要求，記錄力的大小和方向，同時在兩次拉橡皮條的過程中，節(jié)點O要達到相同位置，這樣才能保證兩

11、次效果相同。1. 在驗證“力的平行四邊形定則”的實驗中，橡皮條的一端固定在木板上，用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點，以下操作中錯誤的是 （ ）A同一次實驗過程中，O點的位置允許變動B實驗中，彈簧測力計必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度C實驗中，先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計的大小和方向，把橡皮條的另一端拉到O點D實驗中，把橡皮條的另一端拉到O點時，兩個彈簧測力計之間夾角應取90，以便于算出合力大小 2下列關(guān)于“驗證力的平行四邊形定則”實驗的說法中，正確的是（ ）A拉橡皮條的繩套細一些且長一些，實驗效果較好BF1和F2的

12、夾角盡量大一些好C拉橡皮條時，橡皮條、細繩和彈簧秤應貼近且平行于木板D橡皮條彈性要好，拉到結(jié)點O時，拉力要適當大一些3在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，假如F1的大小及方向固定不變，那么為了使橡皮條仍伸長到O 點，對F2來說，下面幾種說法中正確的是（ ）AF2有多個方向 BF2的方向和大小可以有多個值CF2的方向和大小有唯一值 DF2的方向是唯一的，但大小可以有多個值4.某學習小組在“探究力的平行四邊形定則”的實驗中：(1) 其中的兩個實驗步驟分別是：A在水平放置的方木板上固定一張白紙，用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上，另一端拴上兩個繩套，通過細繩同時用兩個彈簧測力計(彈簧測力計與方木板平

13、面平行)互成角度地拉橡皮條，使它與細繩的結(jié)點到達某一位置O點，在白紙上用鉛筆記下O點的位置和讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2 B只用一只彈簧測力計，通過細繩拉橡皮條，使它的伸長量與兩個彈簧測力計拉時相同，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F和記下細繩的方向。請指出以上步驟中的錯誤或疏漏：A中是_，B中是_。(2) 該學習小組糾正了(1)中的問題后，某次實驗中兩個彈簧測力計的拉力F1、F2已在圖中畫出，圖中的方格每邊長度表示2N，O點是橡皮條的結(jié)點，請用直角三角板嚴格作出合力F的圖示，并求出合力的大小為_N。(3) 乙圖是馬詩雨同學在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果作出的力的示意圖，F(xiàn)和F中_是F1和F2合力的實際測

14、量值。 5. 將橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩根細繩，兩根細繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計，當橡皮筋的活動端拉到O點時，兩根細繩相互垂直，如下圖所示，這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出。(1) 由圖中可讀得兩個相互垂直的拉力大小分別是_ N和_ N。(只需讀到0.1 N)(2) 在本題的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。答案與解析1.【答案】AC2.【答案】ACD【解析】A項可使拉力的方向確定更準確；B項中F1和F2的夾角取得太大，其合力誤差也越大，因此夾角不要太大，也不要太?。籆項可使彈簧測力計的示數(shù)更準確；D項可減小誤差故本題答案為ACD。4. 【答案】C【解析】由力的平行四邊形定則可知，在合力一定時且其中一個分力也一定時，另一分力也是唯一的。5.【答案】(1) A中是沒有記錄兩拉力的方向。B中是沒有說明要把結(jié)點拉至O點(2)