相 互 作 用,第 二 章,實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則,基礎(chǔ)知識梳理,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證力的合成的平行四邊形定則；理解等效替代思維方法在物理學(xué)中的應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)原理 一個(gè)力F的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮筋伸長到同一點(diǎn)，所以力F就是這兩個(gè)力F1和F2的合力。作出力F1、F2和F的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示，如圖所示。比較F和F的大小和方向，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)相等，則可驗(yàn)證平行四邊形定則。,三、實(shí)驗(yàn)器材 方木板一塊，彈簧秤兩個(gè)，白紙，橡皮條一段，細(xì)繩套兩個(gè)，圖釘(若干)，三角板，刻度尺，鉛筆。,四、實(shí)驗(yàn)步驟 (1)用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。 (2)用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤拉兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O。 (3)用鉛筆描下_和_，并記錄_，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。 (4)只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到_，記下_和_。,結(jié)點(diǎn)O的位置,兩條細(xì)繩的方向,彈簧測力計(jì)的讀數(shù),與前面相同的位置O,彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F,細(xì)繩的方向,(5)比較F與用平行四邊形定則求得的合力F，判斷在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。 五、誤差分析 除彈簧測力計(jì)本身的誤差外，實(shí)驗(yàn)誤差主要來源于讀數(shù)誤差和作圖誤差兩個(gè)方面。 (1)減小讀數(shù)誤差的方法：彈簧測力計(jì)數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些。 (2)減小作圖誤差的方法：作圖時(shí)兩力的對邊一定要平行，兩個(gè)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(shí)驗(yàn)中不要把F1、F2間的夾角取得太大。,六、注意事項(xiàng) (1)正確使用彈簧測力計(jì)：本實(shí)驗(yàn)需要選用規(guī)格相同的兩只彈簧測力計(jì)；使用時(shí)讀數(shù)盡量大，但不能超出范圍；被測力的方向與軸線方向要一致；讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對、平視刻度。 (2)位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉長后，結(jié)點(diǎn)O的位置必須保持不變。,核心考點(diǎn)突破,教材原型實(shí)驗(yàn),(2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)，小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他用彈簧測力計(jì)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(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。 實(shí)驗(yàn)裝置如圖2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(diǎn)，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(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡。,兩次實(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖3所示。過O點(diǎn)作一條直線與軌跡交于a、b兩點(diǎn)，則實(shí)驗(yàn)中橡皮筋分別被拉伸到a和b時(shí)所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為_。,FaFb,(3)根據(jù)(2)中的實(shí)驗(yàn)，可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有哪些？(填寫選項(xiàng)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(shí)，橡皮筋第2次的長度較長 C兩次被拉伸到相同長度時(shí)，橡皮筋第2次受到的拉力較大 D兩次受到的拉力相同時(shí)，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(shí)驗(yàn)探究，請對驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)提出兩點(diǎn)注意事項(xiàng)。,BD,解題導(dǎo)思：(1)兩個(gè)分力F1、F2分別沿哪個(gè)方向？ (2)合力F3沿哪個(gè)方向？ (3)“用彈簧測力計(jì)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”說明了什么？ 答案：(1)兩個(gè)分力F1、F2分別沿OP1、OP2方向。 (2)合力F3沿OP3方向。 (3)說明橡皮筋多次拉伸后勁度系數(shù)發(fā)生了變化。,解析 本題主要考查驗(yàn)證平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)，解題的關(guān)鍵是弄清楚兩次實(shí)驗(yàn)軌跡不同的原因。 (1)作圖時(shí)注意規(guī)范，標(biāo)度要適中。 (2)雖然軌跡不同，但由于O，a，b在同一直線上，由平衡條件知拉力FaFb。 (3)第二次做實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋拉伸的長，但兩次拉力相等，故選項(xiàng)A、C說法不正確，B、D說法正確。 (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋。(或：拉力不宜過大； 選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧。),答案：(1)見下圖，F(xiàn)合4.6 4.9都算對) (4)見解析,方法總結(jié)： (1)數(shù)據(jù)處理作圖法 在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中，由作圖法得到的合力F與實(shí)際測量得到的合力F不可能完全重合，只要在誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為合力F與合力F重合即可驗(yàn)證平行四邊形定則，如圖所示。,(2)誤差分析 用兩個(gè)測力計(jì)拉橡皮條時(shí)，橡皮條、細(xì)繩和測力計(jì)不在同一個(gè)平面內(nèi)，這樣得到的兩個(gè)測力計(jì)的水平分力的實(shí)際合力比由作圖法得到的合力小。 結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)測力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)，造成作圖的誤差。 作圖比例不恰當(dāng)造成作圖誤差。,類題演練 1 ,(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計(jì)示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為_N。 (2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是_。 A應(yīng)測量重物M所受的重力 B彈簧測力計(jì)應(yīng)在使用前校零 C拉線方向應(yīng)與木板平面平行 D改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置,3.6,D,(3)某次實(shí)驗(yàn)中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個(gè)解決方法。 方法一：_。 方法二：_。 (4)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中保持彈簧測力計(jì)B的拉力的方向一直水平，你認(rèn)為該做法科學(xué)嗎？為什么？ 答：_,減小彈簧測力計(jì)B的拉力,減小重物的質(zhì)量,不科學(xué)，因?yàn)椴荒茯?yàn)證任意角度下的力的合成滿足平行四邊形定則。,解析 (1)彈簧測力計(jì)上每1N被分成5格，則1格就等于0.2N。指針指在3N到4N之間的第3格處，所以示數(shù)為3.6N。 (2)實(shí)驗(yàn)通過作出三個(gè)力的圖示，來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道，故A項(xiàng)需要；彈簧測力計(jì)可以測出力的大小，必須在使用之前校零，故B項(xiàng)需要；拉線方向必須與木板平面平行，這樣才能確保力的大小的準(zhǔn)確性，故C項(xiàng)需要；當(dāng)結(jié)點(diǎn)O位置確定時(shí)，彈簧測力計(jì)A的示數(shù)也確定，由于重物的重力已確定，因此彈簧測力計(jì)B的拉力大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實(shí)驗(yàn)，故D項(xiàng)不需要。 (3)彈簧測力計(jì)A的指針超出其量程，則說明拉彈簧測力計(jì)B與重物的這兩根細(xì)線上的力的合力已偏大，所以可以通過減小重物的重量或改變彈簧測力計(jì)B上的拉力的大小，來使測力計(jì)A的指針不超出量程。,實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新的兩種方法 以本實(shí)驗(yàn)為背景，以實(shí)驗(yàn)中操作的注意事項(xiàng)、誤差來源設(shè)置條件，或通過改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目。 1對實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)方法的遷移,實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新,(1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖莀(填正確答案標(biāo)號)。 A鉤碼的個(gè)數(shù)N1N22，N34 B鉤碼的個(gè)數(shù)N1N33，N24 C鉤碼的個(gè)數(shù)N1N2N34 D鉤碼的個(gè)數(shù)N13，N24，N35 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個(gè)步驟是_(填正確答案標(biāo)號)。 A標(biāo)記結(jié)點(diǎn)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(zhì)量,BCD,A,(3)在作圖時(shí)，你認(rèn)為圖中_是正確的。(填“甲”或“乙”),甲,解題導(dǎo)思：兩個(gè)分力F1、F2，則合力F的大小范圍是什么？ 答案：分力與合力的關(guān)系須滿足|F1F2|F(F1F2)。,解析 (1)對O點(diǎn)受力分析如圖所示，OA、OB、OC分別表示三個(gè)力的大小，由于三個(gè)共點(diǎn)力處于平衡，所以O(shè)C等于OD。因此三個(gè)力的大小構(gòu)成一個(gè)三角形，故A錯(cuò)誤，B、C、D正確。,(2)為驗(yàn)證平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點(diǎn)，即標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此要記錄鉤碼的個(gè)數(shù)和OA、OB、OC三段繩子的方向，故A正確。 (3)以O(shè)點(diǎn)為研究對象，F(xiàn)3實(shí)際作用在OC這條線上，即豎直方向，由于誤差的存在，F(xiàn)1、F2的合力的理論值要與實(shí)際值有一定偏差，故甲圖符合實(shí)際，乙圖不符合實(shí)際。,類題演練 2 ,小明在實(shí)驗(yàn)室里還找到一把刻度尺和一個(gè)玩具小熊，接著進(jìn)行了如下的操作： 用刻度尺測出細(xì)線的長度L，用彈簧測力計(jì)測出玩具小熊的重力G； 按圖乙所示安裝玩具小熊、細(xì)線(玩具小熊懸掛在細(xì)線的中點(diǎn))； 兩手捏著細(xì)線緩慢向兩邊移動直到細(xì)線斷裂，讀出此時(shí)兩手間的水平距離d； 利用平衡條件算出結(jié)果。,小明,C,