第2課時 實驗:驗證力的平行四邊形定則,填一填,一、實驗目的 1.練習用作圖法求兩個力的合力。 2.驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則。 二、實驗原理 1.若用一個力F'或兩個力F1和F2共同作用都能把橡皮筋沿某一方向拉至相同長度,即力F'與F1、F2的共同作用效果相同,那么F'為F1、F2的合力。 2.用彈簧測力計分別測出F'和F1、F2的大小,并記下它們的方向,作出F'和F1、F2的圖示,以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形,其對角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。 3.比較F'與F,若它們的長度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相等,則可以證明平行四邊形定則的正確性。,填一填,三、實驗器材 方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮筋、細繩套、三角板、刻度尺、圖釘(若干)。 四、實驗步驟 1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。 2.用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點,橡皮筋的另一端用兩根細線打一個結(jié)點B,兩根細線分別拴上一只測力計。 3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到某一位置O,如圖所示,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繩套的方向。,填一填,4.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩細繩套方向畫直線,按選定的標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。 5.只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮筋的結(jié)點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向,用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計的拉力F'的圖示。,填一填,6.比較力F'與用平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同。 7.改變兩個力F1與F2的大小和夾角,再重復實驗兩次。 五、誤差分析 1.存在誤差的原因:彈簧測力計本身的誤差、讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 2.減小誤差的方法。 (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,使表示兩個力的對邊一定要平行。,探究一,探究二,實驗原理和實驗步驟 【例題1】 導學號93960063根據(jù)“驗證平行四邊形定則”的有關(guān)原理和實驗要求,完成下面的問題: (1)本實驗中所說的合力與兩個共點力具有相同的效果,是指下列說法中的( ) A.彈簧測力計的彈簧被拉長 B.固定橡皮筋的圖釘受拉力產(chǎn)生形變 C.細繩套受拉力產(chǎn)生形變 D.使橡皮筋在某一方向伸長同樣的長度,探究一,探究二,(2)某同學做“驗證平行四邊形定則”時,主要步驟是: A.在桌上放一塊方木板,在木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙固定在木板上。 B.用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上的A點,在橡皮筋的另一端拴上兩條細繩,細繩的另一端系著繩套。 C.用兩只彈簧測力計分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮筋,使其伸長,結(jié)點到達某一位置時,記下該位置為O點,記錄兩只彈簧測力計的示數(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,通過細繩套拉橡皮筋使其伸長某一長度,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。,探究一,探究二,F.比較F'和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)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)合力與兩個共點力具有相同的效果是通過橡皮筋伸長相同的長度體現(xiàn)的,為便于圖示法比較F'和F的大小和方向,力的圖示的始端應在同一位置,所以實驗應使橡皮筋在某一方向伸長同樣的長度,D選項正確。 (2)作力的圖示必須知道力的方向,步驟C中遺漏“記下兩個拉力的方向”。只用一只彈簧測力計,通過細繩套拉橡皮筋時,為使合力與兩個共點力具有相同的效果,應是使結(jié)點到達位置O,步驟E中遺漏了這一內(nèi)容。 答案:(1)D (2)C E 記錄拉力的方向 使結(jié)點仍然被拉到O點,探究一,探究二,變式訓練1 在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時,橡皮筋的一端固定在木板上,用兩只彈簧測力計把橡皮筋的結(jié)點拉到某一確定的點O,以下操作中正確的是( ) A.同一次實驗過程中,O點位置允許變動 B.實驗中,彈簧測力計必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度 C.實驗中,先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O點 D.實驗中,把橡皮筋的結(jié)點拉到O點時,兩只彈簧測力計之間夾角必須取90°,以便于算出合力大小,探究一,探究二,解析:本實驗的注意事項中有嚴格的要求,結(jié)點O不允許隨便移動,同時彈簧測力計不要達到最大量程,因為一只達到最大,另一只將無法調(diào)整。而平行四邊形定則當然不只適用于夾角為90°的情形。只有選項B是符合實驗要求的。 答案:B,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,誤差分析及數(shù)據(jù)處理 【例題2】 導學號93960064在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,在水平放置的木板上墊一張白紙,把橡皮筋的一端固定在A點上,另一端連接兩根細線,然后通過細線用兩個互成角度的彈簧測力計來拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到某一點O,記錄下兩只彈簧測力計的示數(shù)及兩根細線的方向,此時兩只彈簧測力計的拉力分別記為F1和F2;然后改用一只彈簧測力計把橡皮筋拉到O點后再記錄下彈簧測力計的示數(shù)及細線的方向,此時彈簧測力計的拉力記為F'。 (1)(多選)實驗對兩次拉伸橡皮筋的要求中,下列說法正確的是 (填字母代號)。 A.將橡皮筋拉伸相同長度即可 B.將橡皮筋沿相同方向拉到相同長度 C.將彈簧測力計都拉伸到相同刻度即可 D.將橡皮筋和細線的結(jié)點拉到相同位置,探究一,探究二,(2)(多選)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.兩細線必須等長 B.彈簧測力計、細線、橡皮筋都應與木板平行 C.用兩只彈簧測力計同時拉細線時,兩彈簧測力計示數(shù)之差應盡可能大 D.拉橡皮筋的細線要長些,標記同一細線方向的兩點要遠些 (3)如圖是某同學完成驗證力的平行四邊形定則實驗操作后得到的數(shù)據(jù)圖,圖中的小圓點分別用來記錄的是O點的位置以及每次細線的方向。請你選擇合適標度,用力的圖示法作圖完成該同學未完成的實驗數(shù)據(jù)處理。,探究一,探究二,解析:(1)實驗中兩次拉伸橡皮筋時,應要求兩次的作用效果完全相同,即橡皮筋被拉伸的方向、長度完全相同,所以選B、D。 (2)對減小實驗誤差有益的做法是B、D。B做法能保證分力與合力在同一平面內(nèi),減小了作圖誤差;D做法能保證分力的方向測量更準確,減小了測量誤差。實驗時兩細線不必等長,兩只彈簧測力計的示數(shù)也不一定要求相差較大,所以B、D正確。 (3) 答案:(1)BD (2)BD (3)見解析,探究一,探究二,變式訓練2 將橡皮筋的一端固定在A點,另一端拴上兩根細繩,每根細繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計,每個沿著不同的方向拉彈簧測力計。當橡皮筋的活動端拉到O點時,兩根細繩相互垂直,如圖甲所示。這時彈簧測力計讀數(shù)可從圖中讀出。,探究一,探究二,(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N。 (2)在圖乙中的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。,探究一,探究二,解析:兩彈簧測力計的讀數(shù)分別為4.00 N和2.50 N,作出合力如圖所示。 答案:(1)4.00 2.50 (2)見解析圖,探究一,探究二,探究一,探究二,1 2 3 4 5,1.在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,以下說法中正確的是( ) A.用兩只彈簧測力計拉橡皮筋時,兩細繩之間的夾角必須為90°,以便求出合力的大小 B.用兩只彈簧測力計拉橡皮筋時,結(jié)點的位置必須與用一只彈簧測力計拉時結(jié)點的位置重合 C.若用兩只彈簧測力計拉時合力的圖示F與用一只彈簧測力計拉時拉力的圖示F'不完全重合,說明力的合成的平行四邊形定則不一定是普遍成立的 D.兩個分力間的夾角要盡量大些,1 2 3 4 5,解析:理論上,細繩之間的夾角是任意的,不需要計算,可以用彈簧測力計和量角器測量力的大小和方向,選項A錯誤;前后兩次結(jié)點的位置相同,力的作用效果才相同,選項B正確;由于測量和作圖存在誤差,F'和F的方向不一定重合,實驗可以證明,在誤差允許的范圍內(nèi),平行四邊形定則總是成立的,選項C錯誤;在實驗中兩個分力的夾角不宜過大也不宜過小,所以選項D錯誤。 答案:B,1 2 3 4 5,2.如圖所示,在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,使b彈簧測力計按圖示位置開始順時針緩慢轉(zhuǎn)動,若這一過程中保持O點位置不變和 a彈簧測力計的拉伸方向不變,則b彈簧測力計轉(zhuǎn)動過程中,a、b兩彈簧測力計的讀數(shù)變化情況是( ) A.a增大,b減小 B.a減小,b增大 C.a減小,b先增大后減小 D.a減小,b先減小后增大,1 2 3 4 5,解析:保持O點位置不變,說明合力的大小和方向保持不變;保持a彈簧測力計的拉伸方向不變,說明a彈簧測力計上的拉力方向不變;根據(jù)平行四邊形定則作出力的動態(tài)變化示意圖,如圖所示: 根據(jù)動態(tài)變化圖示可知,a減小,b先減小后增大,選項D正確。 答案:D,1 2 3 4 5,3.做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗,在水平放置的木板上鋪一張白紙,把橡皮筋的一端固定在木板的A點,橡皮筋的另一端拴上兩細繩套,如圖所示,兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套,互成角度拉橡皮筋使之伸長,到達某一位置O時需記下 、 ,描下 ,再用一只彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮筋拉長,使結(jié)點到達位置 ,再記下 。 解析:因驗證力的平行四邊形定則需要根據(jù)力的大小和方向作平行四邊形,所以必須記錄力的大小和方向,為保證合力和分力的效果相同,兩次必須使結(jié)點到達同一位置。,1 2 3 4 5,答案:兩彈簧測力計的讀數(shù) 兩細繩的方向 結(jié)點位置O O點 彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向,1 2 3 4 5,4.某同學在做“互成角度的兩個力的合成”的實驗時,利用坐標紙記下了橡皮筋的結(jié)點位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小,如圖所示。 (1)試在圖(a)中作出F1和F2的合力圖示,并用F表示此力。,1 2 3 4 5,(2)(多選)有關(guān)此實驗,下列敘述正確的是 。 A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測力計的拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置O。這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可 (3)圖(b)所示是甲和乙兩位同學在做以上實驗時得到的結(jié)果,其中哪一個比較符合實驗事實?(力F'是用一只彈簧測力計拉時的圖示)答: (選填“甲”或“乙”)。,1 2 3 4 5,解析:(1)如圖所示: (2)把橡皮筋的結(jié)點拉至O點平衡時,兩彈簧測力計的拉力的合力與橡皮筋的拉力是一對平衡力,選項B錯誤;根據(jù)平行四邊形定則可知,兩分力可以大于其合力,橡皮筋的拉力與兩彈簧測力計的拉力的合力是一對平衡力,故選項A正確;兩次拉橡皮筋時將結(jié)點拉到同一位置O,就是保證兩次拉力的作用效果相同,選項C正確;橡皮筋結(jié)點位置不變說明合力不變,但若只改變其中一個分力的大小,根據(jù)平行四邊形定則可知,另一個分力的大小和方向必然改變,選項D錯誤。 (3)兩分力的合力的理論值應該是以兩分力為鄰邊的平行四邊形的對角線,用一只彈簧測力計拉橡皮筋的力的方向應該與橡皮筋的形變方向一致,因此甲圖較符合實驗事實。 答案:(1)見解析 (2)AC (3)甲,1 2 3 4 5,5.在做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時: (1)除已有的器材(方木板、白紙、彈簧測力計、細繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆)外,還必須有 和 。 (2)要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果,必須( ) A.每次將橡皮筋拉到同樣的位置 B.每次把橡皮筋拉直 C.每次準確讀出彈簧測力計的示數(shù) D.每次記準細繩的方向 (3)為了提高實驗的準確性,減小誤差,實驗中應注意些什么? 。,1 2 3 4 5,(4)在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中,某同學的實驗結(jié)果如圖所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細繩結(jié)點的位置。圖中 是力F1與F2的合力的理論值; 是力F1與F2的合力的實驗值。通過把 和 的大小和方向進行比較,驗證平行四邊形定則。,1 2 3 4 5,解析:(1)缺少器材有橡皮筋、三角板(用來作平行四邊形)。 (2)相同的效果體現(xiàn)在將橡皮筋拉到同一位置,故A對。 (3)實驗中應注意:選用彈性小的細繩;橡皮筋、細繩和彈簧測力計的軸應在同一平面上,且與板面平行貼近等。 (4)略。 答案:(1)橡皮筋 三角板 (2)A (3)見解析 (4)F F' F F',