高考物理一輪復習 第2章 實驗3 驗證力的平行四邊形定則課件.ppt

第二章相互作用 實驗三驗證力的平行四邊形定則 基礎梳理 一 實驗目的1 驗證力的平行四邊形定則 2 培養(yǎng)學生應用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結論的能力 二 實驗原理等效思想 一個力f 的作用效果和兩個力f1 f2的共同作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點 所以力f 就是這兩個力f1和f2的合力 作出力f 的圖示 與根據(jù)平行四邊形定則作出力f1和f2的合力f的圖示比較 在實驗誤差允許的范圍內 f 和f大小相等 方向相同 三 實驗器材方木板 白紙 彈簧測力計 兩個 橡皮條 細繩套 兩個 三角板 刻度尺 圖釘 多個 鉛筆 四 實驗步驟1 儀器的安裝 1 用圖釘把白紙釘在方木板上 2 把方木板平放在桌面上 用圖釘把橡皮條的一端固定在a點 如圖所示 橡皮條的另一端拴上兩個細繩套 2 操作 記錄及結論 1 用兩個彈簧測力計分別勾住細繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長到某一位置o 用鉛筆描下o點的位置和兩條細繩套的方向 并記錄彈簧測力計的讀數(shù) 注意在使用彈簧測力計的時候 要使它的彈簧與木板平面平行 2 用鉛筆和刻度尺從力的作用點 位置o 沿著兩條細繩套的方向畫直線 按選定的標度作這兩個彈簧測力計的拉力f1和f2的圖示 以f1和f2為鄰邊利用刻度尺和三角板作平行四邊形 過o點畫平行四邊形的對角線 即為合力f的圖示 3 只用一個彈簧測力計 通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣位置o 讀出彈簧測力計的示數(shù) 記下細繩套的方向 按同一標度作出這個力f 的圖示 4 比較力f 與用平行四邊形定則求得的合力f的大小和方向 在實驗誤差允許的范圍內看它們是否相等 5 改變兩個分力的大小和夾角 再做兩次實驗 五 注意事項1 結點o 1 定位o點時要力求準確 2 同一次實驗中橡皮條拉長后的o點必須保持不變 2 拉力 1 用彈簧秤測拉力時要使拉力沿彈簧秤軸線方向 2 應盡量使橡皮條 彈簧秤和細繩套位于與紙面平行的同一平面內 3 兩個分力f1 f2間的夾角 不要太大或太小 3 作圖 1 在同一次實驗中 選定的比例要相同 2 嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形 求出合力 六 誤差分析1 彈簧測力計本身的誤差 2 讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法 選擇相同的彈簧測力計并調整好零刻度 彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下 盡量大一些 讀數(shù)時眼睛一定要正視 要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄 3 作圖誤差減小作圖誤差的方法 作圖時兩力的對邊一定平行 兩個分力f1 f2間的夾角越大 用平行四邊形作出的合力f的誤差 f就越大 所以實驗中不要把f1 f2間的夾角取得太大 方法規(guī)律 1 一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同 它們的作用效果可以等效替代 此處的 作用效果 是指彈性形變量 2 在實驗室里如何選取兩只規(guī)格相同的測力計 提示 取兩只測力計對鉤向相反方向拉的過程中 若讀數(shù)總相同 則可選 若讀數(shù)不同 應另換 直至相同為止 3 實驗過程中兩力的夾角越大越好嗎 提示 用兩個彈簧測力計勾住繩套互成角度地拉橡皮筋時 其夾角不宜太小 也不宜太大 以60 到100 之間為宜 4 具體實驗操作時為什么要緩慢地拉橡皮筋 提示 用兩個彈簧測力計互成角度地緩慢地拉橡皮筋 而不應過快地拉 以免超出彈簧彈性限度損壞彈簧或彈簧卡殼 5 不要用老化的橡皮筋 檢查方法是用一個彈簧拉橡皮筋 要反復做幾次 使橡皮筋拉到相同的長度看彈簧讀數(shù)有無變化 6 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點連直線確定力的方向 考向一對實驗原理和實驗操作的考查典例1 2015 安徽 21 在 驗證力的平行四邊形定則 實驗中 某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上 將橡皮條的一端固定在板上一點 兩個細繩套系在橡皮條的另一端 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 結點到達紙面上某一位置 如圖所示 請將以下的實驗操作和處理補充完整 按照力的圖示要求 作出拉力f1 f2 f3 根據(jù)力的平行四邊形定則作出f1和f2的合力f 比較 的一致程度 若有較大差異 對其原因進行分析 并作出相應的改進后再次進行實驗 解析 使一個力f的作用效果和兩個力f1 f2的共同作用效果相同 都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點 則力f就是力f1 f2的合力 作出f的圖示 再根據(jù)力的平行四邊形定則作出力f1 f2的合力f3的圖示 比較f和f3的大小和方向是否有較大差異 從而驗證力的平行四邊形定則 答案 沿此時細繩 套 的方向用鉛筆描出幾個點 用刻度尺把這些點連成直線 f和f3 考向二實驗數(shù)據(jù)處理典例2 2015 山東 21 某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則 如圖甲所示 將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上 另一端用圓珠筆尖豎直向下拉 直到彈簧秤示數(shù)為某一設定值時 將橡皮筋兩端的位置標記為o1 o2 記錄彈簧秤的示數(shù)f 測量并記錄o1 o2間的距離 即橡皮筋的長度l 每次將彈簧秤示數(shù)改變0 50n 測出所對應的l 部分數(shù)據(jù)如下表所示 在秤鉤上涂抹少許潤滑油 將橡皮筋搭在秤鉤上 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 使秤鉤的下端達到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 完成下列作圖和填空 典例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 每個鉤碼的重量相等 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 1 改變鉤碼個數(shù) 實驗能完成的是 a 鉤碼的個數(shù)n1 n2 2 n3 4b 鉤碼的個數(shù)n1 n3 3 n2 4c 鉤碼的個數(shù)n1 n2 n3 4d 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 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 3 在作圖時 你認為下圖中 是正確的 填 甲 或 乙 解析 1 實驗中的分力與合力的關系必須滿足 f1 f2 f3 f1 f2 因此b c d選項是可以的 2 a 3 甲實驗中f3是豎直向下的 答案 1 bcd 2 a 3 甲 針對訓練 如圖所示 某實驗小組同學利用dis實驗裝置研究支架上力的分解 a b為兩個相同的雙向力傳感器 該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正 受到壓力時讀數(shù)為負 a連接質量不計的細繩 可沿固定的板做圓弧形移動 b固定不動 通過光滑鉸鏈連接長0 3m的桿 將細繩連接在桿右端o點構成支架 保持桿在水平方向 按如下步驟操作 測量繩子與水平桿的夾角 aob 對兩個傳感器進行調零 用另一根繩在o點懸掛一個鉤碼 記錄兩個傳感器的讀數(shù) 取下鉤碼 移動傳感器a改變 角重復上述實驗步驟 得到表格 1 根據(jù)表格 a傳感器對應的是表中力 選填 f1 或 f2 鉤碼質量為 kg 保留1位有效數(shù)字 2 本實驗中多次對傳感器進行調零 對此操作說明正確的是 a 因為事先忘記調零b 何時調零對實驗結果沒有影響c 為了消除橫桿自身重力對結果的影響d 可以完全消除實驗的誤差 解析 1 a傳感器中的力均為拉力 為正值 故a傳感器對應的是表中力f1 平衡時 mg f1sin 當 30 時 f1 1 001n 可求得m 0 05kg 2 在掛鉤碼之前 對傳感器進行調零 目的是為了消除橫桿自身重力對結果的影響 故c正確 答案 1 f10 05 2 c 頻考一對實驗原理 實驗操作的考查1 2016 廈門高三月考 在探究求合力的方法時 先將橡皮條的一端固定在水平木板上 另一端系上帶有繩套的兩根細繩 實驗時 需要兩次拉伸橡皮條 一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條 另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條 1 實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中 下列哪些說法是正確的 填字母代號 a 將橡皮條拉伸相同長度即可b 將橡皮條沿相同方向拉到相同長度c 將彈簧秤都拉伸到相同刻度d 將橡皮條和繩的結點拉到相同位置 2 同學們在操作過程中有如下議論 其中對減小實驗誤差有益的說法是 填字母代號 a 兩細繩必須等長b 彈簧秤 細繩 橡皮條都應與木板平行c 用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應盡可能大d 拉橡皮條的細繩要長些 標記同一細繩方向的兩點要遠些 解析 1 實驗對兩次拉伸橡皮條的要求是兩次拉伸橡皮條的作用效果要相同 故選項b d正確 2 要減小實驗誤差 彈簧秤 細繩 橡皮條都必須與木板平行 用兩彈簧秤同時拉細繩時 彈簧秤的示數(shù)之差適當大些即可 拉橡皮條的細繩要長些 標記同一細繩方向的兩點要遠些 故b d正確 答案 1 bd 2 bd 2 2016 沈陽高三一模 某同學用如圖所示的實驗裝置來驗證 力的平行四邊形定則 彈簧測力計a掛于固定點p 下端用細線掛一重物m 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 分別讀出彈簧測力計a和b的示數(shù) 并在貼于豎直木板的白紙上記錄o點的位置和拉線的方向 3 某次實驗中 該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計a的指針稍稍超出量程 請您提出兩個解決辦法 解析 1 彈簧測力計讀數(shù)為3 6n 2 驗證力的平行四邊形定則 需要分別測量各個力的大小和方向 所以a項是必要的 根據(jù)儀器使用常識 彈簧測力計在使用前需校零 b項是必要的 實驗中力必須在同一平面內 c項也是必要的 實驗是驗證三個力的關系 只要測出三個力就可以了 所以不需要固定o點位置 d項不必要 本題應選d項 答案 1 3 6 2 d 3 減小彈簧測力計b拉力的大小 減小重物m的質量 或將彈簧測力計a更換成較大量程的彈簧測力計 改變彈簧測力計b拉力的方向等 3 某同學嘗試用橡皮筋等器材驗證力的平行四邊形定則 他找到兩條相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和若干小重物 以及刻度尺 三角板 鉛筆 細繩 白紙 釘子 設計了如下實驗 將兩條橡皮筋的一端與細繩連接 結點分別為o o 細繩下掛一重物 兩橡皮筋的另一端也都連有細繩 實驗時 先將兩條橡皮筋的一端的細繩固定在墻上的釘子a上 其中一條橡皮筋任其下垂 如圖甲所示 將另一條橡皮筋的另一端的細繩也固定在墻上的釘子b上 如圖乙所示 2 對該實驗 兩條相同的橡皮筋 的要求的理解 正確的為 a 橡皮筋的材料和原長相同即可b 橡皮筋的材料和粗細相同即可c 橡皮筋的材料 原長和粗細均要相同 解析 本實驗的目的是驗證力的平行四邊形定則 研究合力與分力的關系 而合力與分力是等效的 本實驗采用作合力與分力圖示的方法來驗證 根據(jù)實驗原理需要知道橡皮筋的伸長量才能表示橡皮筋的彈力 故應該測量橡皮筋的原長 兩條相同的橡皮筋是指橡皮筋的材料 原長和粗細均要相同 答案 1 bce 2 c 頻考二實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析4 2014 江蘇單科 11 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 兩彈簧測力計共同作用時 拉力f1和f2的方向分別過p1和p2點 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 30n f2 3 85n和f3 4 25n 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 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 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 解析 本題考查 驗證力的平行四邊形 實驗 作圖能力及分析能力 1 根據(jù)所給標度 用刻度尺作出f1 f2的圖示 作平行四邊形得到合力 根據(jù)標度作出合力的圖示 得到合力的大小約為4 7n 2 由圖可知 n在a點和在b點時橡皮筋與豎直方向的夾角相同 設為 根據(jù)力的平衡可知 橡皮筋的拉力都滿足fcos mg 因此fa fb 3 橡皮筋受到的拉力為零時 長度并不為零 因此a錯誤 從 2 實驗可知 兩次拉力相同時 第2次橡皮筋的長度長 b正確 兩次長度相同時 第2次橡皮筋與豎直方向的夾角小 由fcos mg知 橡皮筋的拉力小 c錯誤 兩次拉力相同時 橡皮筋與豎直方向的夾角相同 拉力越大 橡皮筋與豎直方向的夾角越大 從圖上可以得到兩次橡皮筋長度的差值越大 d正確 4