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實驗三驗證力的平行四邊形定則 實驗溯本求源 實驗熱點探究 課時鞏固訓練 教師備用習題 一 實驗目的1 學會用彈簧測力計和細線測出力的大小與方向 2 運用力的圖示法探究互成角度的兩個共點力合成時遵循 二 實驗原理一個力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 所以力F 就是這兩個力F1和F2的合力 作出力F 的圖示 再根據平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示 比較F和F 的大小和方向是否相同 若相同 則說明互成角度的兩個力合成時遵循 平行四邊形定則 同一位置 平行四邊形定則 三 實驗器材方木板一塊 白紙 彈簧測力計 兩只 短繩 細繩套 兩個 圖釘 幾個 細芯鉛筆 四 實驗步驟1 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 橡皮條的另一端拴一短繩 短繩的另一端拴上兩個細繩套 橡皮條 刻度尺 2 用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長到某一位置O 如圖S3 1所示 記錄兩只彈簧測力計的讀數 用鉛筆描下O點的位置及此時兩個細繩套的 3 只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O 記下彈簧測力計的讀數和細繩套的 方向 方向 圖S3 1 4 用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩套方向畫直線 按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉力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 用刻度尺從O點按同樣的標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 6 比較一下力F 與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向是否 相同 熱點一實驗原理與實驗操作 每次實驗保證結點位置保持不變 是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同 這是物理學中等效替代的思想方法 由于力不僅有大小 還有方向 若兩次橡皮條的伸長長度相同但結點位置不同 則說明兩次效果不同 不滿足合力與分力的關系 不能驗證平行四邊形定則 例1某同學用如圖S3 2所示的實驗裝置來驗證 力的平行四邊形定則 彈簧測力計A掛于固定點P 下端用細線掛一重物M 彈簧測力計B的一端用細線系于O點 手持另一端向左拉 使結點O靜止在某位置 分別讀出彈簧測力計A和B的示數 并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向 1 本實驗用的彈簧測力計示數的單位為N 圖中A的示數為N 圖S3 2 2 下列實驗要求中不必要的是 填選項前的字母 A 應測量重物M所受的重力B 彈簧測力計應在使用前校零C 拉線方向應與木板平面平行D 改變拉力 進行多次實驗 每次都要使O點靜止在同一位置 3 某次實驗中 該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍稍超出量程 請你提出兩個解決辦法 答案 1 3 6 2 D 3 減小彈簧測力計B的拉力 減小重物M的質量 或將A更換成更大量程的彈簧測力計 改變彈簧測力計B的拉力方向等 解析 1 由圖示可知 彈簧測力計A的分度值為0 2N 其示數為3 6N 2 彈簧測力計A和B的示數分別為兩細線的拉力的大小 同時畫出細線的方向即為拉力的方向 懸掛重物的細線拉力方向確定 但大小未知 所以需要測重物所受的重力 A項必要 彈簧測力計在使用之前必須校零 B項必要 拉線方向必須與木板平面平行 這樣才確保力的大小準確 C項必要 該實驗中 改變拉力時 只要重物處于平衡狀態(tài) 兩彈簧測力計的拉力的合力就與M的重力等大反向 因此O點不用每次靜止在同一位置 D項不必要 3 若彈簧測力計A的指針稍稍超出其量程 則說明連接彈簧測力計B與重物的兩根細線的力的合力已偏大 又由于掛重物的細線的力的方向已確定 所以要么減小重物的質量 要么改變彈簧測力計B拉細線的方向 或減小彈簧測力計B拉力的大小 從而使測力計A的指針不超出量程 要點總結 實驗操作注意事項 1 不要直接以橡皮條的端點為結點 可拴一短細繩連接兩個細繩套 以三繩交點為結點 且應使結點小些 以便準確地記錄結點O的位置 2 使用彈簧測力計前 應先校零 使用時不能超過量程 拉彈簧測力計時 應使彈簧測力計與木板平行 被測力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致 拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦 3 在同一次實驗中 橡皮條伸長時的結點位置要相同 4 兩個拉力F1和F2的夾角不宜過小 作力的圖示時 標度要一致 5 讀數時應正對 平視刻度 熱點二數據處理 例2某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材驗證力的平行四邊形定則 設計了如圖S3 3所示的實驗裝置 固定在豎直木板上的量角器的直邊水平 橡皮筋的一端固定于量角器圓心O的正上方A處 另一端系繩套1和繩套2 主要實驗步驟如下 a 彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋 使橡皮筋的結點到達O處 記下彈簧測力計的示數F 圖S3 3 b 彈簧測力計掛在繩套1上 手拉著繩套2 緩慢拉橡皮筋 使橡皮筋的結點到達O處 此時繩套1沿0 方向 繩套2沿120 方向 記下彈簧測力計的示數F1 c 根據力的平行四邊形定則計算出繩套1的拉力F 1 d 比較 若在誤差允許范圍內相同 則可初步驗證 e 只改變繩套2的方向 重復上述實驗步驟 回答下列問題 1 完成實驗步驟 2 將繩套1由0 方向緩慢轉動到60 方向 同時繩套2由120 方向緩慢轉動到180 方向 此過程中保持橡皮筋的結點在O處不動 保持繩套1和繩套2的夾角為120 不變 關于繩套1的拉力大小的變化 下列結論正確的是 填選項前的字母 A 逐漸增大B 先增大后減小C 逐漸減小D 先減小后增大 變式題某同學在做 探究求合力的方法 實驗時 把橡皮條的一端用圖釘固定于P點 同時用兩個彈簧測力計將橡皮條的另一端拉到位置O 這時兩彈簧測力計的示數分別為FA 4 0N FB 3 5N 其位置記錄如圖S3 4所示 若橡皮條的活動端僅用一個彈簧測力計拉到位置O 彈簧測力計的示數為FC 6 0N 其位置記錄如圖S3 4所示 1 用3mm表示1N 在圖S3 4中作出力FA FB和FC的圖示 2 根據平行四邊形定則在圖S3 4中作出FA和FB的合力F F的大小為N 3 該實驗 選填 能 或 不能 驗證力的平行四邊形定則 圖S3 4 要點總結 本實驗涉及的數據記錄和處理主要是通過規(guī)范作圖和準確標度來實現的 其中涉及彈簧測力計的讀數要注意遵守有效數字的讀數規(guī)則 1 有同學利用如圖S3 5所示的裝置來驗證力的平行四邊形定則 在豎直木板上鋪有白紙 固定兩個光滑的滑輪A和B 將繩子打一個結點O 每個鉤碼的重量相等 當系統(tǒng)達到平衡時 根據鉤碼個數讀出三根繩子的拉力大小F1 F2和F3 回答下列問題 1 按下列方式改變鉤碼個數 實驗能完成的是 填選項前的字母 A 鉤碼的個數N1 N2 2 N3 4B 鉤碼的個數N1 N3 3 N2 4C 鉤碼的個數N1 N2 N3 4D 鉤碼的個數N1 3 N2 4 N3 5 圖S3 5 2 在拆下鉤碼和繩子前 最重要的一個步驟是 填選項前的字母 A 標記結點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量 3 在作圖時 你認為圖S3 6中 選填 甲 或 乙 是正確的 圖S3 6 2 如圖S3 7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為正 受到壓力時讀數為負 A連接質量不計的細繩 可在固定的板上沿圓弧移動 B固定不動 通過光滑鉸鏈連接長0 3m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 圖S3 7 取下鉤碼 移動傳感器A改變 角 重復上述實驗步驟 得到數據見下表 1 根據表格數據 A傳感器對應的是表中力 選填 F1 或 F2 鉤碼質量為kg g取10m s2 結果保留一位有效數字 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 填選項前的字母 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 3 小白用如圖S3 8所示的裝置驗證 力的平行四邊形定則 其部分實驗操作如下 請完成下列相關內容 a 在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O b 卸下鉤碼 然后將兩細繩套系在彈簧下端 用兩彈簧測力計鉤住細繩套將彈簧末端拉到同一位置O 記錄細繩套AO BO的及兩彈簧測力計相應的讀數 圖S3 9中B彈簧測力計的讀數為N 圖S3 8 圖S3 9 c 小白在坐標紙上畫出兩彈簧測力計拉力FA FB的大小和方向如圖S3 10所示 請你用作圖工具在圖中坐標紙上作出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S3 10所示 e 最后觀察比較F和F 得出結論 圖S3 10 4 一同學用電子秤 水壺 細線 墻釘和貼在墻上的白紙等物品 在家中驗證力的平行四邊形定則 圖S3 11 1 如圖S3 11甲所示 在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺 記下水壺時電子秤的示數F 2 如圖乙所示 將三細線L1 L2 L3的一端打結 另一端分別拴在電子秤的掛鉤 墻釘A和水壺帶上 水平拉開細線L1 在白紙上記下結點O的位置 和電子秤的示數F1 3 如圖丙所示 將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上 并將L1拴在其上 手握電子秤沿著 2 中L2的方向拉開細線L2 使和三根細線的方向與 2 中重合 記錄電子秤的示數F2 4 在白紙上按一定標度作出電子秤拉力F F1 F2的圖示 根據平行四邊形定則作出F1 F2的合力F 的圖示 若 則平行四邊形定則得到驗證 5 用如圖S3 12甲所示的裝置做 驗證力的平行四邊形定則 實驗 1 某同學的實驗操作如下 請完成相關內容 在桌面上放一方木板 在方木板上鋪一張白紙 用圖釘把白紙釘在方木板上 用圖釘把橡皮條一端固定在A點 另一端系上兩條細繩 細繩的另一端系有繩套 圖S3 12 用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 使結點到達某一位置O 記下O點的位置 讀出兩個彈簧測力計的示數 并 按選好的標度 用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示 并用平行四邊形定則求出合力F 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 記下細繩的方向 按同一標度作出這個力F 的圖示 2 某次實驗中彈簧測力計的示數如圖乙所示 則a b兩彈簧測力計的拉力的大小分別為N N 3 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據如圖S3 13所示 請選好標度后在方框中作圖完成該同學未完成的實驗處理 寫出得到的實驗結論 4 若兩個彈簧測力計的讀數分別為3 00N 4 00N 且兩彈簧測力計拉力方向的夾角為銳角 則能不能用一個量程為5N的彈簧測力計測出它們的合力 理由是什么 圖S3 13 解析 1 用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 橡皮條伸長 使結點到達某一位置O 此時需要用鉛筆記下O點的位置和兩條細繩的方向 并讀出兩個彈簧測力計的示數 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 此時需要讀出彈簧測力計的示數 并記下細繩的方向 2 兩個彈簧測力計的讀數分別為2 50N和4 00N 3 如圖所示 根據所作的圖示可得到的結論是 在誤差允許范圍內 合力與分力是等效替代的關系 且互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則 4 不能用一個量程為5N的彈簧測力計測出它們的合力 因為這兩個力的合力會大于5N 超過彈簧測力計的量程 1 探究求合力的方法 的實驗裝置如圖甲所示 1 某次實驗中 彈簧測力計的指針位置如圖甲所示 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 保留兩位有效數字 N 3 某同學對彈簧測力計中彈簧的勁度系數是多少很感興趣 于是 他將刻度尺與彈簧測力計平行放置 如圖丙所示 利用讀得的數據 他得出了彈簧的勁度系數 那么 該彈簧的勁度系數k 保留兩位有效數字 N m 2 小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則 1 實驗記錄紙如圖所示 O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置 兩彈簧測力計共同作用時 拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點 一個彈簧測力計拉橡皮筋時 拉力F3的方向過P3點 三個力的大小分別為 F1 3 30N F2 3 85N和F3 4 25N 請根據圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力 2 仔細分析實驗 小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化 影響實驗結果 他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度 發(fā)現讀數不相同 于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響 實驗裝置如圖所示 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 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 重復上述過程 再次記錄下N的軌跡 兩次實驗記錄的軌跡如圖S3 5所示 過O點作一條直線與軌跡交于a b兩點 則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa Fb的大小關系為 3 根據 2 中的實驗 可以得出的實驗結果有 填選項前的字母 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 橡皮筋第2次的長度較長C 兩次被拉伸到相同長度時 橡皮筋第2次受到的拉力較大D 兩次受到的拉力相同時 拉力越大 橡皮筋兩次的長度之差越大 4 根據小明的上述實驗探究 請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項 3 在 探究求合力的方法 實驗中 現有木板 白紙 圖釘 橡皮條 細繩套和一只彈簧測力計 1 為完成實驗 某同學另找來一根彈簧 先測量其勁度系數 得到的實驗數據如下表 請在圖S3 8中畫出圖像 并求得該彈簧的勁度系數k N m 2 某次實驗中 彈簧測力計的指針位置如圖所示 其讀數為N 同時利用 1 中結果獲得彈簧上的彈力值為2 50N 請畫出這兩個共點力的合力F合的圖示 3 由圖得到F合 N 4 某次實驗中甲 乙兩位同學得到的結果如圖所示 其中同學的實驗結果比較符合實驗事實 力F 是用一只彈簧測力計拉橡皮條時拉力的圖示 5 在以上實驗結果比較符合實驗事實的一位同學的實驗中 造成誤差的主要原因是 至少寫出兩種情況 4 在 驗證力的平行四邊形定則 實驗中 1 部分實驗步驟如下 請完成有關內容 A 將一根橡皮條的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上 另一端綁上兩根細線 B 在其中一根細線上掛上5個質量相等的鉤碼 使橡皮條拉伸 如圖甲所示 記錄