高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則ppt

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．會(huì)使用彈簧測(cè)力計(jì)．2．驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)的平行四邊形定則．,二、實(shí)驗(yàn)原理1．等效法：使一個(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條伸長(zhǎng)到同一點(diǎn)，所以一個(gè)力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖實(shí)－3－1所示．2．平行四邊形定則：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．3．驗(yàn)證：比較F和F′的大小和方向是否相同，若在誤差允許的范圍內(nèi)相同，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．,三、實(shí)驗(yàn)器材方木板、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))．四、實(shí)驗(yàn)操作1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上．(2)用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套．,(3)用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長(zhǎng)到某一位置O，如圖實(shí)－3－2所示，記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向．,(4)只用一只彈簧測(cè)力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向．(5)改變兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，再重做兩次實(shí)驗(yàn)．,2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測(cè)力計(jì)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(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F的圖示．(2)用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實(shí)驗(yàn)步驟(4)中彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F′的圖示．(3)比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗(yàn)證平行四邊形定則．,五、注意事項(xiàng)1．同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法是：將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤對(duì)拉，若兩只彈簧測(cè)力計(jì)在對(duì)拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直至相同為止．2．在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)，結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同．3．用兩只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，夾角不宜太大也不宜太小，在60～100之間為宜．,4．實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)與木板平行，讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些．5．細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向．不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接，即可確定力的方向．6．在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度，使所作力的圖示稍大一些．,六、誤差分析1．彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差．2．讀數(shù)誤差和作圖誤差．3．兩分力F1、F2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大．,[例1](2010天津高考)在探究求合力的方法時(shí)，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩．實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條．,(1)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法是正確的________(填字母代號(hào))．A．將橡皮條拉伸相同長(zhǎng)度即可B．將橡皮條沿相同方向拉到相同長(zhǎng)度C．將彈簧秤都拉伸到相同刻度D．將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置,(2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是________(填字母代號(hào))．A．兩細(xì)繩必須等長(zhǎng)B．彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C．用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大D．拉橡皮條的細(xì)繩要長(zhǎng)些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些,解析：(1)選項(xiàng)B、D能保證兩次拉伸橡皮條過程中效果相同，保證兩次的拉力是合力和分力關(guān)系．(2)平行四邊形是平面圖形，所以要探究平行四邊形定則，選項(xiàng)B是必須的．選項(xiàng)D能更方便地確定拉力的方向．,答案：(1)BD(2)BD,[例2]李明同學(xué)在做“互成角度的兩個(gè)力的合成”實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O點(diǎn)以及兩只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小，如圖實(shí)－3－3所示．,(1)試在圖(a)中作出無實(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力．(2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn)，下列敘述正確的是________．A．兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力是分力C．兩次拉橡皮筋時(shí)，需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測(cè)力計(jì)拉力的效果相同D．若只增大某一只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小即可,(3)圖(b)所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果，其中哪一個(gè)實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)？(力F′是用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)的圖示)答：______________________________________________.(4)在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況)答：_________________________________________________________________________________________________.,[解析](1)用平行四邊形定則作圖，即以F1、F2為兩鄰邊作平行四邊形，對(duì)角線OF就表示合力F.(標(biāo)上箭頭表明方向)(2)兩分力可以同時(shí)大于合力，故A正確；結(jié)點(diǎn)受三個(gè)力作用處于平衡狀態(tài)，其中兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的合力與第三個(gè)力——橡皮筋的拉力等大反向，是一對(duì)平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B錯(cuò)；只有保證結(jié)點(diǎn)在同一位置才能說明作用效果相同，故C對(duì)；若兩個(gè)分力的大小變化而方向都不變，則合力必定變化，故D錯(cuò)．,(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對(duì)角線，單個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F′一定與橡皮筋共線，故張華的實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)．(4)F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左．作圖時(shí)兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行．,[答案](1)如圖實(shí)－3－4所示(2)AC(3)張華做的符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)(4)見解析,1．(2011懷柔區(qū)測(cè)試)在“探究力的等效和替代的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，橡皮條的一端固定在木板上，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一位置O點(diǎn)，以下操作中正確的有(),A．同一次實(shí)驗(yàn)中，O點(diǎn)位置允許變動(dòng)B．實(shí)驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)必須保持與木板平行，讀數(shù)時(shí)視線要正對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)刻度C．實(shí)驗(yàn)中，先將其中一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的大小和方向，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)D．實(shí)驗(yàn)中，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時(shí)，兩彈簧測(cè)力計(jì)之間的夾角應(yīng)取90不變，以便于算出合力的大小,解析：實(shí)驗(yàn)中合力的大小須保持不變，即O點(diǎn)位置不允許變動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；選項(xiàng)C中的操作，可能會(huì)超過另一彈簧測(cè)力計(jì)的彈性限度，因而錯(cuò)誤；本實(shí)驗(yàn)是在力的作用效果相同下，兩彈簧測(cè)力計(jì)之間的夾角是任意夾角時(shí)，通過彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)獲得合力而非通過平行四邊形定則計(jì)算，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．,答案：B,2．在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況如圖實(shí)－3－5甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)線的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖．,下列說法中正確的是.A．圖乙中的F是F1和F2合力的理論值；F′是力F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值B．圖乙中的F′是F1和F2合力的理論值；F是力F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值C．在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響D．在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響,解析：由圖可知，F(xiàn)是用平行四邊形定則畫出來的，故F是F1和F2的理論值；F′是力F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值，A正確；在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，那么彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)仍然等于分力F1和F2的大小，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響，C正確．,答案：AC,3．某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要步驟是：A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C．用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；,D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則作出合力F；E．只用一只彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F′的圖示；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：(1)有重要遺漏的步驟的序號(hào)是________和________；(2)遺漏的內(nèi)容分別是_____________________________和______________________________．,解析：根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號(hào)是C、E.在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O.,答案：(1)CE(2)C中未記下兩條細(xì)繩的方向E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置O,4．有同學(xué)利用如圖實(shí)－3－6所示的裝置來驗(yàn)證力的平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白紙，固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B，將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O，每個(gè)鉤碼的重量相等，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列問題：,(1)改變鉤碼個(gè)數(shù)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?A．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4B．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4C．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝N2＝N3＝4D．鉤碼的個(gè)數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5,(2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個(gè)步驟是.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(zhǎng)度C．用量角器量出三段繩子之間的夾角D．用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量,(3)在作圖時(shí)，你認(rèn)為圖實(shí)－3－7中________是正確的．(填“甲”或“乙”),解析：(1)實(shí)驗(yàn)中的分力與合力的關(guān)系必須滿足：|F1－F2|＜F3＜F1＋F2，因此B、C、D選項(xiàng)是可以的．(2)A(3)甲,答案：(1)BCD(2)A(3)甲,5．(2011廣州綜合測(cè)試)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中(1)部分實(shí)驗(yàn)步驟如下，請(qǐng)完成有關(guān)內(nèi)容：A．將一根橡皮筋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(xì)線．B．在其中一根細(xì)線上掛上5個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼，使橡皮筋拉伸，如圖實(shí)－3－8(a)所示，記錄：________、______________、_______________.,C．將步驟B中的鉤碼取下，分別在兩根細(xì)線上掛上4個(gè)和3個(gè)質(zhì)量相等的鉤碼，用兩光滑硬棒B、C使兩細(xì)線互成角度，如圖(b)所示，小心調(diào)整B、C的位置，使________________，記錄________________．,答案：(1)B.鉤碼個(gè)數(shù)(或細(xì)線的拉力)橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置O細(xì)線的方向C．橡皮筋與細(xì)線結(jié)點(diǎn)的位置與步驟B中結(jié)點(diǎn)的位置重合鉤碼個(gè)數(shù)和對(duì)應(yīng)的細(xì)線方向(2)3/4,6．請(qǐng)完成以下兩小題．某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證平行四邊形定則，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(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個(gè)釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點(diǎn)為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物．,(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，下述操作中必需的是________．a(chǎn)．測(cè)量細(xì)繩的長(zhǎng)度b．測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng)c．測(cè)量懸掛重物后橡皮筋的長(zhǎng)度d．記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置(2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗(yàn)證，可采用的方法是____________________________________________________________________________________.,解析：(1)本實(shí)驗(yàn)中，重物對(duì)O點(diǎn)的拉力產(chǎn)生使AO、BO伸長(zhǎng)的作用效果，即重物對(duì)O點(diǎn)的拉力是合力，拉AO、BO的力是兩個(gè)分力．要完成實(shí)驗(yàn)，需記錄合力和分力的大小和方向．因此，需測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng)和懸掛重物后橡皮筋的長(zhǎng)度，以記錄力的大??；由于釘子A、B固定，所以當(dāng)記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn)O的位置后，力的方向就是AO、BO的方向．選項(xiàng)b、c、d正確．(2)更換重物后，合力和分力都改變，可以再次實(shí)驗(yàn)．,答案：(1)bcd(2)更換不同的重物,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,