2.6《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則》省公開(kāi)課金獎(jiǎng)全國(guó)賽課一等獎(jiǎng)微課獲獎(jiǎng)?wù)n件

【試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)】

驗(yàn)證互成角度兩個(gè)力合成時(shí)平行四邊形定則.【試驗(yàn)原理】

一個(gè)力F′作用效果和兩個(gè)力F1、F2作用效果都是讓同一條一端固定橡皮條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn),所以力

F′就是這兩個(gè)力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和F′大小和方向是否相同,若相同,則說(shuō)明互成角度兩個(gè)力合成時(shí)遵照平行四邊形定則.試驗(yàn)三驗(yàn)證力平行四邊形定則關(guān)鍵點(diǎn)歸納1/31【試驗(yàn)器材】

方木板一塊、白紙、彈簧測(cè)力計(jì)(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(幾個(gè))、細(xì)芯鉛筆.【試驗(yàn)步驟】1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上方木板上.并用圖釘把橡皮條一端固定在A點(diǎn),橡皮條另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套.2.用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉像皮條,使橡皮條伸長(zhǎng)到某一位置O,如圖1所表示,

統(tǒng)計(jì)兩彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)位置及此時(shí)兩細(xì)繩套方向.2/31圖13.只用一只彈簧測(cè)力計(jì)經(jīng)過(guò)細(xì)繩套把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到一樣位置O,記下彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)和細(xì)繩套方向.4.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩套方向畫直線,按選定標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)F1和

F2圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形,過(guò)O點(diǎn)畫平行四邊形對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F圖示.3/315.用刻度尺從O點(diǎn)按一樣標(biāo)度沿統(tǒng)計(jì)方向作出只用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力F′圖示.6.比較一下,力F′與用平行四邊形定則求出協(xié)力F

大小和方向是否相同.

白紙釘在木板處,兩秤同拉有角度,讀數(shù)畫線選標(biāo)度,再用一秤拉同處,作出力矢量圖.錦囊妙訣4/31交流與思索每次試驗(yàn)都必須確保結(jié)點(diǎn)位置保持不變,這表達(dá)了怎樣物理思想方法？若兩次橡皮條伸長(zhǎng)長(zhǎng)度相同,能否驗(yàn)證平行四邊形定則？每次試驗(yàn)確保結(jié)點(diǎn)位置保持不變,是為了使合力作用效果與兩個(gè)分力共同作用效果相同，這是物理學(xué)中等效替換思想方法.因?yàn)榱Σ坏写笮?還有方向，若兩次橡皮條伸長(zhǎng)長(zhǎng)度相同但結(jié)點(diǎn)位置不同，說(shuō)明兩次效果不一樣,不滿足協(xié)力與分力關(guān)系,不能驗(yàn)證平行四邊形定則.提醒5/31【誤差分析】

1.用兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí),橡皮條、細(xì)繩和測(cè)力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi),這么兩個(gè)測(cè)力計(jì)水平分力實(shí)際協(xié)力比由作圖法得到協(xié)力小.2.結(jié)點(diǎn)O位置和兩個(gè)測(cè)力計(jì)方向畫得不準(zhǔn),造成作圖誤差.3.兩個(gè)分力起始夾角α太大,如大于120°,再重做兩次試驗(yàn)，為確保結(jié)點(diǎn)O位置不變（即確保協(xié)力不變),則α改變范圍不大，因而測(cè)力計(jì)示數(shù)改變不顯著,讀數(shù)誤差大.4.作圖百分比不恰當(dāng)造成作圖誤差.6/31交流與思索

試驗(yàn)時(shí)由作圖法得到協(xié)力F和單個(gè)測(cè)力計(jì)測(cè)量實(shí)際協(xié)力F′忘記標(biāo)注而造成錯(cuò)亂,你怎樣加以區(qū)分?

由彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量協(xié)力時(shí)必須使橡皮筋伸直,所以與AO共線協(xié)力表示由單個(gè)測(cè)力計(jì)測(cè)量得到實(shí)際協(xié)力F′，不共線協(xié)力表示由作圖法得到合力F.提醒7/31【注意事項(xiàng)】1.不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套,以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些,方便準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)結(jié)點(diǎn)O位置.2.使用彈簧秤前，應(yīng)先調(diào)整零刻度，使用時(shí)不超量程,拉彈簧秤時(shí),應(yīng)使彈簧秤與木板平行.3.在同一次試驗(yàn)中,橡皮條伸長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)位置要相同.4.被測(cè)力方向應(yīng)與彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向一致,拉動(dòng)時(shí)彈簧不可與外殼相碰或摩擦.8/31

5.讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度.6.兩拉力F1和F2夾角不宜過(guò)小,作力圖示,標(biāo)度要一致.

怎樣設(shè)計(jì)試驗(yàn)探究?jī)闪f(xié)力隨角度變化規(guī)律？怎樣觀察協(xié)力改變規(guī)律？保持兩力大小不變,改變兩力之間夾角,使兩力協(xié)力發(fā)生改變,能夠經(jīng)過(guò)觀察結(jié)點(diǎn)位置變化,判斷協(xié)力大小改變情況,結(jié)點(diǎn)離固定點(diǎn)越遠(yuǎn),說(shuō)明兩力協(xié)力越大.交流與思索提醒9/31【例1】

在做“互成角度兩個(gè)力合成”試驗(yàn)時(shí),橡皮條一端固定在木板上,用兩個(gè)彈簧秤把橡皮條另一端拉到某一確定O點(diǎn),以下操作中錯(cuò)誤是

()A.同一次試驗(yàn)過(guò)程中,O點(diǎn)位置允許變動(dòng)

B.試驗(yàn)中,彈簧秤必須與木板平行,讀數(shù)時(shí)視線要正對(duì)彈簧秤刻度

C.試驗(yàn)中,先將其中一個(gè)彈簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)整另一彈簧秤拉力大小和方向,

把橡皮條另一端拉到O點(diǎn)

D.試驗(yàn)中,把橡皮條另一端拉到O點(diǎn)時(shí),兩彈簧秤之間夾角應(yīng)取90°,方便于算出協(xié)力大小典例剖析10/31思緒點(diǎn)撥

(1)該試驗(yàn)中怎樣使協(xié)力與分力產(chǎn)生效果相同?(2)試驗(yàn)操作中要注意哪些問(wèn)題?解析

從橡皮條固定點(diǎn)到O點(diǎn)連線方向,是協(xié)力作用線方向,假如O點(diǎn)變動(dòng),那么協(xié)力大小、方向都要改變，就不能驗(yàn)證力平行四邊形定則,故A選項(xiàng)錯(cuò).C選項(xiàng)中,因一個(gè)彈簧秤已拉到最大量程,再經(jīng)過(guò)另一個(gè)彈簧秤拉橡皮條到O點(diǎn)時(shí),另一個(gè)彈簧秤可能超出最大量程,造成損壞,或讀數(shù)不準(zhǔn),故C選項(xiàng)錯(cuò).互成角度兩個(gè)力合成,是利用平行四邊形定則合成,兩個(gè)分力成任意角度都適用,無(wú)須成90°角,故D選項(xiàng)錯(cuò).答案

ACD

11/31【例2】將橡皮筋一端固定在A點(diǎn),另一端拴上兩根細(xì)繩,每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5N、最小刻度

為0.1N彈簧測(cè)力計(jì).沿著兩個(gè)不一樣方向拉彈簧測(cè)力計(jì).當(dāng)橡皮筋活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí),兩根細(xì)繩相互垂直,如圖2所表示.這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)可從圖中讀出.

圖212/31(1)由圖可讀得兩個(gè)相互垂直拉力大小分別為_(kāi)__N和______N.(2)在圖3所表示方格紙上按作圖法要求畫出這兩個(gè)力及它們協(xié)力.

圖3(3)圖4(A)(B)兩圖是兩位同學(xué)得到試驗(yàn)結(jié)果,其中哪一個(gè)圖符合實(shí)際?若協(xié)力測(cè)量值F′是準(zhǔn)確，則F與F′有誤差原因可能是哪些?13/31圖4

(1)讀數(shù)時(shí)要符合有效數(shù)字要求.(2)合理選取標(biāo)度,作出兩分力,再應(yīng)用平行四邊形定則作出協(xié)力.(3)F′是用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮條所得到,應(yīng)在什么方向上?解析

(1)彈簧測(cè)力計(jì)最小刻度為0.1N,讀數(shù)時(shí)應(yīng)估讀一位,所以讀數(shù)分別為2.50N和4.00N.思緒點(diǎn)撥14/31(2)取一個(gè)小方格邊長(zhǎng)表示0.50N,作出兩個(gè)力及它們協(xié)力.(3)F′是用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮條所得到,其方向一定在橡皮條所在直線上,所以B圖符合實(shí)際,誤差原因主要是彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)誤差,確定分力方向不夠準(zhǔn)確等原因.答案

(1)2.504.00(2)看法析圖(3)B圖誤差原因看法析15/31

【例3】請(qǐng)不用彈簧秤,只用三條相同橡皮條、四個(gè)圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板來(lái)驗(yàn)證平行四邊形法則.

解析僅用橡皮條也可驗(yàn)證平行四邊形定則,其步驟、方法以下:(1)將三條橡皮條一端都拴在一個(gè)圖釘O上,將這三條橡皮條另一端分別再拴一個(gè)圖釘A、B、C,注意此時(shí)四個(gè)圖釘均未固定在板上,如右圖所表示.創(chuàng)新試驗(yàn)16/31(2)用直尺測(cè)出橡皮條自由長(zhǎng)度L0,注意從圖釘腳之間測(cè)起.(3)將拴有橡皮條圖釘A、B適當(dāng)張開(kāi)釘在木板上，拉第三根橡皮條C,即使三條橡皮條互成角度拉伸,待節(jié)點(diǎn)處圖釘O靜止時(shí),釘下C圖釘,并統(tǒng)計(jì)圖釘O位置(注意此時(shí)O圖釘不能釘)統(tǒng)計(jì)圖釘A、B、C位置.(此時(shí)圖釘有孔,不需鉛筆)(4)測(cè)出這三條橡皮長(zhǎng)度L1、L2、L3,分別算出它們伸長(zhǎng)量X1=L1-L0,X2=L2-L0,X3=L3-L0.17/31(5)將X1、X2、X3按一定百分比圖示出來(lái),以X1、X2為鄰邊作平行四邊形,求出其對(duì)角線OC′.比較OC′與OC長(zhǎng)度(即X3長(zhǎng)度),假如相等,且在一條直線上,則到達(dá)目標(biāo).若OC′與OC有一微小夾角θ,則有誤差(如上圖所表示).本試驗(yàn)是依據(jù)圖釘O受到三個(gè)平面共點(diǎn)力而靜止.任意兩個(gè)力協(xié)力與第三個(gè)力大小相等方向相反原理.答案

看法析18/31

1.在“驗(yàn)證力平行四邊形定則”試驗(yàn)中,某同學(xué)試驗(yàn)情況如圖5甲所表示，其中A為固定橡皮條圖釘,O為橡皮條與細(xì)繩結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩.(1)圖乙是在白紙上依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果畫出力圖示,

以下說(shuō)法中正確是()素能提升19/31A.圖乙中F是力F1和F2協(xié)力理論值,F′是力F1和

F2協(xié)力實(shí)際測(cè)量值B.圖乙F′是力F1和F2協(xié)力理論值,F是力F1和

F2協(xié)力實(shí)際測(cè)量值C.在試驗(yàn)中,假如將細(xì)繩也換成橡皮條,那么對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響D.在試驗(yàn)中,假如將細(xì)繩也換成橡皮條,那么對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有影響

圖520/31(2)本試驗(yàn)采取科學(xué)方法是______(填字母代號(hào))A.理想試驗(yàn)法B.等效替換法C.控制變量法D.建立物理模型法解析

(1)從圖乙中能夠看出,F′是依據(jù)平行四邊形定則作出理論值,F為協(xié)力實(shí)際測(cè)量值;本試驗(yàn)用兩個(gè)彈簧秤拉像皮條和一個(gè)彈簧秤拉橡皮條效果相同,都使結(jié)點(diǎn)O抵達(dá)同一位置,至于OB、OC是細(xì)繩還是橡皮條則沒(méi)相關(guān)系,故B、C正確.(2)本試驗(yàn)采取科學(xué)方法是等效替換法,B項(xiàng)正確.

答案

(1)BC(2)B21/312.在“驗(yàn)證力平行四邊形定則”中,采取以下哪些方法和步驟可減小試驗(yàn)誤差()A.兩個(gè)分力F1、F2間夾角要適當(dāng)大些

B.兩個(gè)分力F1、F2大小要適當(dāng)大些

C.拉橡皮條細(xì)繩要稍長(zhǎng)一些

D.試驗(yàn)前先把兩個(gè)彈簧秤鉤子相互鉤住,平放在桌子上,向相反方向拉動(dòng),檢驗(yàn)讀數(shù)是否相同ABCD22/313.某同學(xué)在做“驗(yàn)證力平行四邊形定則”試驗(yàn)中,主要試驗(yàn)步驟以下:A.在桌面上放一塊木板,在木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在木板上

B.用圖釘把橡皮條一端固定在木板上A點(diǎn)，在橡皮條另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩另一端打成繩套

C.用兩個(gè)彈簧秤分別勾住繩套,平行于木板且互成角度地拉橡皮條,把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O,記錄下O點(diǎn)位置和兩條細(xì)繩方向，讀出兩個(gè)彈簧秤示數(shù)23/31D.按選好百分比,用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧秤拉力F1和F2圖示,并用平行四邊形定則求出協(xié)力FE.只用一個(gè)彈簧秤,經(jīng)過(guò)細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng),讀出彈簧秤示數(shù),記下細(xì)繩方向，按同一百分比作出這個(gè)力F′圖示F.比較力F′和F大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論24/31上述步驟中:(1)有主要遺漏步驟序號(hào)是____________;(2)遺漏內(nèi)容是_________________________.解析本試驗(yàn)基本思想是“等效替換”,用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條和兩個(gè)彈簧秤拉效果相同,所以要把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O點(diǎn).答案

(1)E(2)E中未說(shuō)明是否把橡皮條結(jié)點(diǎn)拉到了O點(diǎn)25/314.在做“驗(yàn)證力平行四邊形定則”試驗(yàn)中，在水平放置木板上墊一張白紙,把橡皮條一端固定在A點(diǎn)上,另一端連接兩根細(xì)線,然后經(jīng)過(guò)細(xì)線用兩個(gè)互成角度彈簧秤來(lái)拉橡皮條,使橡皮條伸長(zhǎng)到某一點(diǎn)O,此時(shí)需統(tǒng)計(jì)下：

(1)________________________________________,(2)________________________________________,(3)________________________________________.

然后改用一個(gè)彈簧秤把橡皮條拉到O點(diǎn)后再統(tǒng)計(jì)下：

(4)________________________________________,(5)________________________________________.26/31(6)如圖6所表示,是該同學(xué)完成驗(yàn)證力平行四邊形定則試驗(yàn)操作后得到數(shù)據(jù)圖,請(qǐng)選好百分比在方框中作圖完成該同學(xué)未完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.

圖627/31解析作圖象時(shí)以O(shè)點(diǎn)為起點(diǎn)作F1、F2、F′圖示,且要按同