高考物理必考實驗精細精講 實驗三 驗證力的平行四邊形定則學案

1、實驗三驗證力的平行四邊形定則目錄課前預習·基礎落實課堂互動·考點突破課前預習·基礎落實【實驗目的】1驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則。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?！緦嶒炘怼?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，如圖實1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(nèi)相同，則驗證了力的平行四邊形定則?！緦嶒炂鞑摹糠侥景?/p>

2、一塊、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)、細芯鉛筆?！緦嶒炦^程】1在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上。2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，細繩的另一端系上細繩套。3用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結點拉到某一位置o，如圖實2所示。4用鉛筆描下o點的位置和兩條細繩的方向，讀出并記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)。5用鉛筆和刻度尺在白紙上從o點沿兩條細繩的方向畫直線，按一定的標度作出兩個力f1和f2的圖示，并以f1和f2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過o點的平行

3、四邊形的對角線即為合力f。6只用一個彈簧測力計，通過細繩把橡皮條的結點拉到同樣的位置o，讀出并記錄彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度用刻度尺從o點作出這個力f的圖示。7比較f與用平行四邊形定則求出的合力 f的大小和方向，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。8改變f1和f2的大小和方向，再做兩次實驗。【注意事項】1同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應另換，直至相同為止。2在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結點o的位置一定要相同。3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

4、不宜太小，在60°100°之間為宜。4讀數(shù)時應注意使彈簧測力計與木板平行，并使細繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦。5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，去掉細繩套后，再將所標點與o點連接，即可確定力的方向。6在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一些。【誤差分析】1誤差來源：除彈簧測力計本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等。2減小誤差的辦法：(1)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

5、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，使表示兩力的對邊一定要平行。課堂互動·考點突破考點一實驗的原理與操作例1某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖實3甲所示，其中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。圖實3乙是在白紙上根據(jù)實驗結果畫出的圖。 (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，主要的步驟是：a在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；b用圖釘把橡皮條的一端固定

6、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)；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序號是_和_；遺漏的內(nèi)容分別是_和_。解析(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至o點的拉力一定沿ao方向；而

7、根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿ao方向，故一定沿ao方向的是f。(2)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，故b正確。 (3)根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是c、e。在c中未記下兩條細繩的方向，e中未說明是否把橡皮條的結點拉到同一位置o。答案(1)f(2)b(3)cec中應加上“記下兩條細繩的方向”e中應說明“把橡皮條的結點拉到同一位置o”點評兩次的效果相同是指兩次橡皮條拉伸的方向和伸長量均相同，即需拉到同一位置o。用一個彈簧測力計拉時，拉力的方向一定沿橡皮條的拉伸方向。針對訓練：1 (安徽理綜)在

8、“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，如圖實4所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整： (1)用鉛筆描下結點位置，記為o；(2)記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)f1和f2，沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應的點連成線；(3)只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置o，記錄測力計的示數(shù)f3，_；(4)按照力的圖示要求，作出拉力f1、f2、f3；(5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出f

9、1和f2的合力f；(6)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(3)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。(6)為了驗證力的平行四邊形定則，需比較合力f與拉力f3的一致程度。答案(3)見解析(6)f和f3考點二實驗數(shù)據(jù)的處理例2 (山東理綜)某同學通過下述實驗驗證力的平行四邊形定則。實驗步驟：將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上，使其軸線沿豎直方向。如圖實5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

10、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0.50 n，測出所對應的l，部分數(shù)據(jù)如下表所示：找出中f2.50 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foo。在秤鉤上涂抹少許潤滑油，將橡皮筋搭在秤鉤上，如圖實6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：(1)利用表中數(shù)據(jù)在圖實7中畫出fl圖線，根據(jù)圖線求得l0_cm。 (2)測得oa6.00 cm，ob7.60 cm，則foa的大小為_n。(3)根據(jù)給出的標度，在圖實8中作出foa和

11、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。解析(1)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，作出fl圖線見下圖，圖線的截距即表示橡皮筋原長，因此l010.0 cm。(2)橡皮筋總長loaob13.60 cm，根據(jù)fl圖線，可讀出彈簧長度l13.60 cm時橡皮筋的拉力為1.80 n。(3)根據(jù)平行四邊形定則作圖，對角線表示合力f。見下圖。(4)若f與foo在誤差范圍內(nèi)大小相等、方向相同，就表明力的平行四邊形定則是正確的。答案(1)作圖見解析10.0(9.8，9.9，10.1均正確) (2)1.80(1.701.90均正確)(3)作圖見解析(4)foo針對訓練：2“探究求合力的方法”的實

12、驗裝置如圖實9甲所示。(1)某次實驗中，彈簧測力計的指針位置如圖實9甲所示。其中，細繩co對o點的拉力大小為_n；(2)請將圖甲中細繩co和bo對o點兩拉力的合力f合畫在圖乙上，由圖求出合力的大小f合_n(保留兩位有效數(shù)字)；(3)某同學對彈簧測力計中彈簧的勁度系數(shù)是多少很感興趣，于是，他將刻度尺與彈簧測力計平行放置，如圖丙所示，利用讀得的數(shù)據(jù)，他得出了彈簧的勁度系數(shù)，那么，該彈簧的勁度系數(shù)k_n/m(保留兩位有效數(shù)字)。解析(1)由圖甲可讀出co對o點的拉力大小為2.60 n。(2)在圖乙上的畫圖如圖所示，結合作圖可求知合力大小為5.1 n。(3)由圖丙可知，彈簧測力計零刻度線對應5.0 m

13、m，2. 60 n對應48.0 mm，由胡克定律，fkx，解得kf/x60 n/m。答案(1)2.60(2)圖見解析5.1(3)60考點三創(chuàng)新實驗設計(實驗器材創(chuàng)新)例3(衡陽模擬)如圖實10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0.3 m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

14、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)表格數(shù)據(jù)，a傳感器對應的是表中力_(選填“f1”或“f2”)。鉤碼質量為_kg(保留一位有效數(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傳感器中的力均為正值，故a傳感器對應的是表中力f1，平衡時，mgf1sin ，當30°時，f11.001 n，可求得m0.05 kg。(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)

15、c針對訓練：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，結點為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，先將一條橡皮筋的另一端的細繩固定在墻上的釘子a上，另一條橡皮筋任其下垂，如圖實11甲所示；再將另一條橡皮筋的另一端的細繩固定在墻上的釘子b上，如圖實11乙所示。(1)為完成實驗，下述操作中必需的是 a兩橡皮筋的另一端連接的細繩a、b長度要相同b要測量橡皮筋的原長c要測量圖甲和圖實11乙中橡皮筋的長度d要記錄圖甲中結點o的位置及過結點o的豎直方向e要記錄圖乙中結點o的位置及過結點o的豎直方向(2)對該實驗“兩條相同的橡皮筋”的要求的理解正確的是（ ）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(1)首先應明白該實驗的實驗原理，即用橡皮筋的伸長量來表示彈力的大小，所以實驗中一定要測橡皮筋的長度，而沒必要關心細繩a、b的長度，選項b和c中的操作是需要的，為了確保力的合成的等效性，需要題圖乙中結點o的位置及過結點o的豎直方向，選項e中的操作是必需的。(2)為了能用橡皮筋的伸長