2024-2025學(xué)年高中物理第5章力與平衡實驗：驗證力的平行四邊形定則教案魯科版必修1

PAGE9-試驗：驗證力的平行四邊形定則[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．[科學(xué)探究]探究兩個互成角度的共點力與其合力間的關(guān)系．2．[科學(xué)方法]學(xué)習(xí)用等效思想探究矢量合成的方法．一、試驗原理和方法結(jié)點受三個共點力作用處于平衡狀態(tài)，則F1與F2的合力必與橡皮筋的拉力平衡；改用一個拉力F′，使結(jié)點仍到原位置O點，則F′必與F1、F2的合力等效，以F1、F2為鄰邊作平行四邊形求出合力F，比較F′與F的大小和方向，以驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則．二、試驗器材方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細(xì)芯鉛筆、橡皮筋、細(xì)繩(兩根)等．三、試驗步驟及數(shù)據(jù)處理1．儀器的安裝：用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上，并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(xì)繩套，如圖所示．2．操作與記錄(1)用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O，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(xì)繩套的方向．(2)用一只彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，登記彈簧測力計的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向．3．作圖與分析(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細(xì)繩套方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，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(biāo)度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計時的拉力F′的圖示，如圖所示．(3)比較一下力F′與用平行四邊形定則求出的合力F，在誤差允許的范圍內(nèi)大小和方向是否相同．(4)變更兩個力F1與F2的大小和夾角，再重復(fù)上述試驗兩次．四、誤差分析產(chǎn)生緣由減小方法偶然誤差讀數(shù)誤差讀數(shù)時眼睛要正視刻度線作圖誤差作圖時嚴(yán)格尺度規(guī)范作圖系統(tǒng)誤差彈簧測力計本身的誤差調(diào)零、兩彈簧測力計對拉讀數(shù)相等五、留意事項1．彈簧測力計的選取方法：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉，若兩只彈簧在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另選，直至相同為止．2．保證分力與合力作用效果相同的方法：在同一次試驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點O的位置肯定要相同．3．橡皮條老化的檢查方法：用一個彈簧測力計拉橡皮條，要反復(fù)做幾次，使橡皮條拉到相同的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變更．4．彈簧測力計夾角范圍：用兩個彈簧測力計鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°到120°之間為宜．5．拉力的選取原則：在不超出彈簧測力計的量程和橡皮條形變限度的條件下，使拉力適當(dāng)大些．6．畫力的圖示的留意事項：在同一次試驗中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些．【例1】某同學(xué)在家中嘗試驗證力的平行四邊形定則，他找到三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子，設(shè)計了如下試驗：如圖所示，將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物．(1)為完成試驗，下述操作中必需的是________．A．測量細(xì)繩的長度B．測量橡皮筋的原長C．測量懸掛重物后橡皮筋的長度D．記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置(2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，變更條件再次驗證，可采納的方法是_________________________________．解析：(1)必需測量橡皮筋的原長和懸掛重物后橡皮筋的長度，這樣才能確定橡皮筋的伸長量，確定各力的大小，還需記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置，同時登記三條橡皮筋所在的方向，以便確定各拉力的方向，依據(jù)平行四邊形定則作出合力的圖示．因此，必需的操作是B、C、D．(2)變更條件再次驗證可采納更換不同的小重物的方法．答案：(1)BCD(2)更換不同的小重物【例2】請完成“驗證平行四邊形定則”試驗的相關(guān)內(nèi)容．(1)如圖甲所示，在鋪有白紙的水平木板上，橡皮條一端固定在A點，另一端拴兩個細(xì)繩套．甲乙丙丁(2)如圖乙所示，用兩個彈簧測力計互成角度地拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點伸長到某位置并記為O點，登記此時彈簧測力計的示數(shù)F1和F2及__________．(3)如圖丙所示，用一個彈簧測力計拉橡皮條，使繩與橡皮條的結(jié)點拉到O點，登記此時彈簧測力計的示數(shù)F＝__________N和細(xì)繩的方向．(4)如圖丁所示，已按肯定比例作出了F1、F2和F的圖示，請用作圖法作出F1和F2的合力．(5)合力與F大小相等，方向略有偏差，假如此偏差僅由F1引起，則緣由是F1的大小比真實值偏__________、F1與F2的夾角比真實夾角偏__________．(填“大”或“小”)解析：(2)要登記兩分力F1和F2的方向．(3)彈簧測力計的示數(shù)要估讀一位，即F＝3.00N．(4)由力的圖示作出F1和F2的合力F′，如圖．(5)由圖所示，將F1減小或減小F1與F2的夾角，合力F′與F更接近重合，則緣由是F1的大小比真實值偏大、F1與F2的夾角比真實夾角偏大．答案：(2)兩細(xì)繩的方向(3)3.00(4)見解析(5)大大1本試驗采納的是等效替代的思想方法，試驗中要保證一個合力與兩個分力效果相同，同一次試驗中橡皮條拉長后的結(jié)點位置O必需保持不變.2畫力的圖示時應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度，盡量使圖畫得大一些，要嚴(yán)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.1．“探究求合力的方法”的試驗原理是等效原理，其等效性是指()A．使彈簧測力計在兩種狀況下發(fā)生相同的形變B．使兩分力與合力滿意平行四邊形定則C．使兩次橡皮筋伸長的長度相等D．使兩次橡皮筋與兩繩套的結(jié)點都與O點重合D[“探究求合力的方法”的試驗中，兩次拉伸橡皮筋時，伸長的長度及伸長的方向均相同，兩分力與合力的作用效果才相同，才具有等效替代關(guān)系；因此C錯誤，D正確；試驗過程中，彈簧測力計的拉力的大小和方向是可以變更的，A錯誤；合力與分力間肯定滿意平行四邊形定則，不是人為造成的，故B錯誤．]2．在“驗證力的平行四邊形定則”試驗中，須要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩套(如圖所示)．試驗中需用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條．某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必需留意以下幾項，其中正確的是()A．兩根細(xì)繩必需等長B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同始終線上C．在運用彈簧測力計時要留意使彈簧測力計與木板平面平行C[該試驗驗證兩個分力的效果等效于其合力的效果，不必要求兩分力等大，故B錯誤；與兩繩長短無關(guān)，A錯誤；但需使兩分力與合力在同一平面內(nèi)，故C正確．]3．小白用如圖所示的裝置驗證平行四邊形定則，其部分試驗操作如下．(1)請完成下列相關(guān)內(nèi)容：a．在木板上登記懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O．b．卸下鉤碼，然后將兩繩套系在彈簧下端，用兩彈簧測力計將彈簧末端拉到同一位置O，記錄細(xì)繩套AO、BO的方向及兩彈簧測力計相應(yīng)的讀數(shù)．圖中B彈簧測力計的讀數(shù)為__________N．c．小白在坐標(biāo)紙上畫出兩彈簧拉力FA、FB的大小和方向如圖所示，請你用作圖工具在圖中坐標(biāo)紙上作出FA、FB的合力F′．d．已知鉤碼的重力，可得彈簧所受的拉力F如圖所示．e．最終視察比較F和F′，得出結(jié)論．(2)本試驗采納的科學(xué)方法是__________．A．志向試驗法 B．限制變量法C．等效替代法 D．建立物理模型法解析：b．圖中B彈簧測力計的讀數(shù)為11.40N；c．圖線如圖：答案：(1)11.40圖見解析(2)C4．如圖甲為“探究求合力的方法”的試驗裝置．甲乙(1)下列說法中正確的是________．A．在測量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和合力F的過程中，橡皮條結(jié)點O的位置可以變更B．彈簧測力計拉細(xì)線時，拉力方向必需豎直向下C．F1、F2和合力F的大小都不能超過彈簧測力計的量程D．為減小測量誤差，F(xiàn)1、F2方向間夾角應(yīng)為90°(2)彈簧測力計的指針如圖乙所示，由圖可知拉力的大小為________N．解析：(1)在測量同一組數(shù)據(jù)的過程中，橡皮條結(jié)點O的位置不能變更，假如變更，即受力變更，所以A選項錯誤；由于彈簧測力計是通過定滑輪拉結(jié)點O，定滑輪只能變更力的方向，不能變更力的大小，所以彈簧測力計拉線的方向不肯定要沿豎直方向，B選項錯誤；彈簧測力計的運用，不能超過其量程，C選項正確；兩個拉力的方向合適即可，不宜太大，也不宜太小，但不肯定為90°，所以D選項錯誤．(2)考查彈簧測力計的讀數(shù)，應(yīng)留意估讀．答案：(1)C(2)4.005．某同學(xué)找到一條遵循胡克定律的橡皮筋并利用如下試驗器材驗證平行四邊形定則：刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子、質(zhì)量不同的小重物若干、木板．試驗方案如下：甲乙①將橡皮筋的兩端分別與兩條細(xì)繩相連，測出橡皮筋的原長；②將橡皮筋一端細(xì)繩用釘子固定在豎直木板上的A點，在橡皮筋的中點O用細(xì)繩系住重物，使重物自然下垂，如圖甲所示；③將橡皮筋的另一端細(xì)繩固定在豎直木板上的B點，如圖乙所示．(1)為完成本試驗，下列還必需測量的物理量為________．(填選項前字母)A．小重物的質(zhì)量B．細(xì)繩的長度C．圖甲中OA段橡皮筋的長度D．圖乙中OA和OB段橡皮筋的長度(2)在完成本試驗的過程中，必需留意的事項是________．(填選項前字母)A．橡皮筋兩端連接的細(xì)繩長度必需相同B．圖乙中A、B兩點必需等高C．圖乙中連接小重物細(xì)繩必需在OA、OB夾角的角平分線上D．記錄圖甲中O點的位置和OA的方向E．記錄圖乙中O點的位置和OA、OB的方向(3)若釘子位置固定，利用現(xiàn)有器材變更試驗效果，可采納的方法是__________．解析：(1)橡皮筋遵循胡克定律，要測量拉力可以通過測量橡皮筋的長度和原長，得到橡皮筋的伸長量，依據(jù)拉力大小與伸長量成比例作力的圖示．故選C、D．(2)橡皮筋連接的細(xì)繩要略微長些，并非要求等長，A錯誤；圖乙中A、B兩點不用必需等高，B錯誤；圖乙中連接小重物的細(xì)繩可以在OA、OB夾角的角平分線上，也可以不在，C錯誤；圖甲中O點的位置和OA的方向不須要記錄，D錯誤；須要記錄圖乙中O點的位置和OA、OB的方向，E正確．(3)在釘子位置不變的狀況下，要變更試驗效果，只能變更小重物的質(zhì)量．故可采納的方法是更換小重物．答案：(1)CD(2)E(3)更換小重物6．某同學(xué)通過下述試驗驗證力的平行四邊形定則．甲試驗步驟：①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．②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(shè)定值時，將橡皮筋兩端的位置標(biāo)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)變更0.50N，測出所對應(yīng)的l，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05③找出②中F＝2.50N時橡皮筋兩端的位置，重新標(biāo)記為O、O′，橡皮筋的拉力計為FOO′．④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(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端，使秤鉤的下端達(dá)到O點，將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B，橡皮筋OA段的拉力記為FOA，OB段的拉力記為FOB．乙完成下列作圖和填空：(1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上畫出F-l圖線，依據(jù)圖線求得l0＝________cm(2)測得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，則FOA的大小為________N．(3)依據(jù)給出的標(biāo)度，在圖中作出FOA和FOB的合力F′的圖示．(4)通過比較F′與________的大小和方向，即可得出試驗結(jié)論．解析：(1)在坐標(biāo)系中描點，用平滑的曲線(直線)將各點連接起來，不在直線上的點勻稱分布在直線的兩側(cè)．如圖甲所示，由圖線可知與橫軸的交點為橡皮筋的原長，即l0＝10.0cm．甲