2018屆高考物理一輪復習實驗3驗證力的平行四邊形定則課件.ppt

1、實驗3驗證力的平行四邊形定則,-2-,一、實驗目的 1.驗證力的平行四邊形定則。 2.理解等效替代思想的應用。 二、實驗原理 1.等效法:一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點,所以一個力F就是這兩個力F1和F2的合力,作出力F的圖示,如圖所示。 2.平行四邊形法:根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示。 3.驗證:比較F和F的大小和方向是否相同,若在誤差允許的范圍內相同,則驗證了力的平行四邊形定則。,-3-,三、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(幾個)。 四、實驗步驟 1.用圖釘

2、把白紙釘在水平桌面上的方木板上。 2.用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上的A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。,-4-,3.用兩只彈簧測力計a、b分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條與繩的結點伸長到某一位置O,如圖所示。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的方向。 4.只用一只彈簧測力計c通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向。 5.改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向,再重做實驗兩次。,-5-,五、數(shù)據(jù)處理 1.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線,按選定的標度作出a、b這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2

3、為鄰邊作平行四邊形,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實驗步驟4中彈簧測力計c的拉力F的圖示。 3.比較F與F是否完全重合或幾乎重合,從而驗證平行四邊形定則。,-6-,六、誤差分析 1.系統(tǒng)誤差:彈簧測力計本身不夠準確造成的誤差,為此要選擇比較準確的彈簧測力計。 2.偶然誤差:彈簧測力計讀數(shù)和作圖造成偶然誤差,需要多做幾次實驗,并且使兩分力F1、F2的夾角適當大些。 3.減小誤差的辦法: (1)實驗過程中讀數(shù)時視線要垂直彈簧測力計的刻度,要按有效數(shù)字和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄。 (2)作圖時用刻度尺借助于三角板,使表示兩

4、力的對邊一定要平行。,-7-,七、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,要設法調整使其指在零刻度處;再將兩只彈簧測力計的掛鉤鉤在一起,向相反方向拉,如果兩個示數(shù)相同方可使用。 2.實驗中的兩個細繩套不要太短。 3.在同一次實驗中,橡皮條拉長時結點到達的位置一定要相同。 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60100之間為宜。 5.在用力拉彈簧測力計時,拉力應沿彈簧測力計的軸線方向。彈簧測力計中彈簧軸線、橡皮條、細繩套應該位于與紙面平行的同一平面內。要防止彈簧測力計卡殼,防止彈簧測力計或橡皮條與紙面有摩擦。 6.

5、在同一實驗中,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。,-8-,考點一,考點二,考點三,考點一 實驗原理與操作 例1(2016湖南長沙模擬)某同學做驗證力的平行四邊形定則的實驗,如圖甲所示,A為固定橡皮條的圖釘,O為橡皮條與細繩的結點,OB和OC為細繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖。,-9-,考點一,考點二,考點三,(1)如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F兩力中,方向一定沿AO方向的是。 (2)本實驗采用的科學方法是。 A.理想實驗法B.等效替代法 C.控制變量法D.建立物理模型法 (3)實驗時,主要的步驟: A.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘

6、把白紙釘在方木板上; B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點,在橡皮條的另一端拴上兩條細繩,細繩的另一端系著繩套; C.用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結點到達某一位置O,記錄下O點的位置,讀出兩個彈簧測力計的示數(shù);,-10-,考點一,考點二,考點三,D.按選好的標度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力F; E.只用一只彈簧測力計,通過細繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測力計的示數(shù),記下細繩的方向,按同一標度作出這個力F的圖示; F.比較F和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結論。 上述步驟中,有重要遺漏的步驟的

7、序號是 和; 遺漏的內容分別是和。,答案,解析,-11-,考點一,考點二,考點三,規(guī)律總結操作不忘“三”“二”“一” 用兩個彈簧測力計拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧測力計示數(shù)、兩細繩方向和結點O的位置),用一個彈簧測力計拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧測力計示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)等。,-12-,考點一,考點二,考點三,考點二 數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟: 將彈簧測力計固定在貼有白紙的豎直木板上,使其軸線沿豎直方向。,-13-,考點一,考點二,考點三,如圖甲所示,將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧測力計的掛鉤上,另一端

8、用圓珠筆尖沿豎直方向下拉,直到彈簧測力計示數(shù)為某一設定值時,將橡皮筋兩端的位置標記為O1、O2,記錄彈簧測力計的示數(shù)F,測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長度l)。每次將彈簧測力計示數(shù)改變0.50 N,測出所對應的l,部分數(shù)據(jù)如下表所示:,找出中F=2.50 N時橡皮筋兩端的位置,重新標記為O、O,橡皮筋的拉力記為FO O。,-14-,考點一,考點二,考點三,在掛鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在掛鉤上,如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當角度同時拉橡皮筋的兩端,使掛鉤的下端達到O點,將兩筆尖的位置標記為A、B,橡皮筋OA段的拉力記為FOA,OB段的拉力記為FOB。,-15-,考點一,考點二,考

9、點三,完成下列作圖和填空: (1)利用表中數(shù)據(jù)在圖丙所示的坐標紙上畫出F-l圖線,根據(jù)圖線求得l0= cm。,-16-,考點一,考點二,考點三,(2)測得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,則FOA的大小為 N。 (3)根據(jù)給出的標度,在圖丁中作出FOA和FOB的合力F的圖示。 (4)通過比較F與的大小和方向,即可得出實驗結論。,-17-,考點一,考點二,考點三,解析： (1)作出F-l圖線,由F=k(l-l0)可得,直線與橫軸的截距即為l0,由圖可知,l0=10.0 cm。 (2)由題干表格可知,F=1.50 N時,l=13.00 cm,則彈簧的勁度系數(shù)k= =50 N/m;若OA=

10、6.00 cm,OB=7.60 cm,則橡皮筋拉力FOA=kL=50(6.00+7.60-10.00)10-2 N=1.80 N。 (3)見答案 (4)由圖可知F為作圖法所得到的合力,FOO為真實合力,F與FOO不完全重合,存在一定誤差,但在誤差允許范圍內,可得出實驗結論。,-18-,考點一,考點二,考點三,答案： (1)如圖甲所示; 10.0(9.8、9.9、10.1均正確)。,(2)1.80(1.701.90均正確)。(3)如圖乙所示。(4)FOO。,-19-,考點一,考點二,考點三,規(guī)律總結1.數(shù)據(jù)處理作圖法 在探究求合力的方法實驗中,由作圖法得到的合力F與實際測量得到的合力F不可能完全

11、重合,只要在誤差范圍內可以認為合力F與合力F重合,即可驗證平行四邊形定則,如圖所示。 2.誤差分析 (1)用兩個彈簧測力計拉橡皮條時,橡皮條、細繩和彈簧測力計不在同一個平面內,這樣得到的兩個彈簧測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力要小。 (2)結點O的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準,造成作圖的誤差。 (3)作圖比例不恰當造成作圖誤差。,-20-,考點一,考點二,考點三,考點三 實驗的改進與創(chuàng)新 本實驗一般是在教材實驗原理的基礎上,以實驗中操作的注意事項、誤差來源設置條件,或通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目。因此要在教材實驗的基礎上注重器材變化后對分力和合力的分析判斷能力的培養(yǎng),

12、要善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。,-21-,考點一,考點二,考點三,1.實驗器材的變化如圖,-22-,考點一,考點二,考點三,2.分力和合力的變化 (1)分力的獲得:彈簧測力計的拉力鉤碼的重力。 (2)合力的獲得:彈簧測力計的拉力重物的重力鉤碼的重力。,-23-,考點一,考點二,考點三,例3有同學利用如圖所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則:在豎直木板上鋪有白紙,固定兩個光滑的滑輪A和B,將繩子打一個結點O,每個鉤碼的重力相等,當系統(tǒng)達到平衡時,根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力F1、F2和F3。回答下列問題:,-24-,考點一,考點二,考點三,(1)改變鉤碼個數(shù),實驗能完成的是(填

13、正確答案標號)。 A.鉤碼的個數(shù)N1=N2=2,N3=4 B.鉤碼的個數(shù)N1=N3=3,N2=4 C.鉤碼的個數(shù)N1=N2=N3=4 D.鉤碼的個數(shù)N1=3,N2=4,N3=5 (2)在拆下鉤碼和繩子前,最重要的一個步驟是(填正確答案標號)。 A.標記結點O的位置,并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B.量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C.用量角器量出三段繩子之間的夾角 D.用天平測出鉤碼的質量,-25-,考點一,考點二,考點三,(3)在作圖時,你認為下圖中(選填“甲”或“乙”)是正確的。,答案,解析,-26-,考點一,考點二,考點三,例4圖甲是驗證力的平行四邊形定則的實驗裝置。實驗操作

14、如下:,-27-,考點一,考點二,考點三,(1)彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M,測量,并記錄為F。 (2)彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結點O靜止在某位置(如圖所示),此時需記下結點O的位置和兩測力計的示數(shù)F1、F2以及。 (3)某同學已在圖乙紙上作出了F1、F2的圖示,請根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1、F2的合力F。 (4)改變兩細線的夾角,重復做實驗幾次。若F的方向近似在方向上,且大小近似等于F,則平行四邊形定則得以驗證。,答案,-28-,2,1,1.某同學在做驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則實驗時,把橡皮條的一端用圖釘固定于P點,同時用兩個

15、彈簧測力計將橡皮條的另一端拉到位置O,這時兩彈簧測力計的示數(shù)分別為FA=3.5 N、FB=4.0 N,其位置記錄如圖甲所示。若橡皮條的活動端僅用一個彈簧測力計拉著,也把它拉到O點位置,彈簧測力計的示數(shù)為FC=6.0 N。,-29-,2,1,(1)用5 mm表示1 N,在圖乙中作出力FA、FB和FC的圖示。 (2)根據(jù)平行四邊形定則在圖乙中作出FA和FB的合力F,F的大小為 N。 (3)實驗的結果是否能驗證平行四邊形定則?(選填“能”或“不能”)。,答案,解析,-30-,2,1,2.小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則。 (1)實驗記錄紙如圖甲所示,O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置,兩彈簧測力計共

16、同作用時,拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點;用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=3.30 N、F2=3.85 N和F3=4.25 N。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。,-31-,2,1,實驗裝置如圖乙所示,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。重復上述過

17、程,再次記錄下N的軌跡。 兩次實驗記錄的軌跡如圖丙所示,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的大小關系為。,-32-,2,1,(3)根據(jù)(2)中的實驗,可以得出的實驗結果有哪些?(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。,-33-,2,1,解析： (1)作出力F1、F2和合力的圖示如答案圖所示;經(jīng)測量可得合力大小為4.70 N,(2)橡皮筋被拉伸到a和b時,根據(jù)平衡條件,因重物的重力一定,橡皮筋與豎直方向的夾角一定,如圖所示,則橡皮筋受的拉力FT= ,大小一定,故Fa=