2019年高考物理一輪復習 實驗3 驗證力的平行四邊形定則課件 新人教版.ppt

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實驗3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 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的共同作用效果都是讓同一根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 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 2 用兩只彈簧測力計分別通過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(shù) 用鉛筆描下O點的位置及此時兩個細繩套的 橡皮條 方向 圖S3 1 刻度尺 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(shù)和細繩套的 4 用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩個細繩套方向畫直線 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 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的拉力F 的圖示 6 比較力F 與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向是否 方向 相同 五 注意事項1 不要直接以橡皮條端點為結點 可拴一短細繩連接兩細繩套 以三繩交點為結點 應使結點小些 以便準確地記錄結點O的位置 2 在同一次實驗中 使橡皮條拉長時結點O的位置一定要相同 保證作用效果相同 3 不要用老化的橡皮條 檢查方法是用一個彈簧測力計拉橡皮條 要反復做幾次 使橡皮條拉到相同的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變化 4 細繩套應適當長一些 便于確定力的方向 不要直接沿細繩套的方向畫直線 應在細繩套末端用鉛筆畫一個點 去掉細繩套后 再將所標點與O點連直線確定力的方向 5 在同一次實驗中 畫力的圖示所選定的標度要相同 并且選取標度要恰當 使所作的力的圖示稍大一些 6 用兩個彈簧測力計通過細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100 之間為宜 熱點一實驗原理與實驗操作 例1 2017 四川阿壩州期末 在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗中 某同學按照如下步驟進行操作 圖S3 2 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 在橡皮條的另一端拴上兩條細繩形成結點 細繩的另一端系著繩套 c 如圖S3 2甲 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 記錄結點位置和兩個彈簧測力計的示數(shù) 兩根細繩的方向 d 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 并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形 畫出它們所夾的對角線 e 只用一個彈簧測力計通過細繩套拉橡皮條 并按同一標度作出這個力的圖示 1 把步驟e中的內容補充完整 2 本實驗中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程 主要體現(xiàn)了下列哪種科學方法 A 理想實驗法B 等效替代法C 控制變量法D 建立物理模型法 3 下列操作有利于減小實驗誤差的是 填字母代號 A 實驗前將兩個彈簧測力計調零后水平互鉤對拉 選擇兩個讀數(shù)相同的彈簧測力計B 拴在橡皮條上的兩條細繩必須等長 并且要盡量長一些C 彈簧測力計 細繩 橡皮條都應與木板平行D 用兩個彈簧測力計同時拉橡皮條時 兩彈簧測力計的示數(shù)之差應盡可能大E 在記錄力的方向時 標記同一細繩方向的兩點要遠些 4 圖乙是該同學在白紙上根據實驗數(shù)據用同一標度畫出的圖示 如果沒有操作失誤 圖乙中的F與F 兩力中 方向一定沿AO方向的是 5 若小明和小剛兩位同學在家中想驗證力的平行四邊形定則 他們手中有一些彈性橡皮條 彈力滿足胡克定律 勁度系數(shù)為k 如圖丙所示 他們將三根橡皮條的一端系在一起 另一端分別系上細線 保證橡皮條原長相同 測得原長L0 5 40cm 接下來把貼有白紙的木板放在水平桌面上 兩人合作平行于紙面分別通過細線拉三根橡皮條至某一長度 在彈性限度內 保持狀態(tài)不變 如圖丁所示 記錄此時結點位置和三個橡皮條另一端的位置 量出三個端點到結點O的距離分別為L1 9 20cm L2 8 40cm L3 7 50cm 請根據他們的實驗過程和記錄的數(shù)據作出驗證力的平行四邊形定則的圖示 并說明是如何驗證的 解析 1 步驟e中的內容 把橡皮條的結點拉到同一位置O 讀出彈簧測力計的示數(shù) 記下細繩的方向 2 本實驗中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程 主要體現(xiàn)的科學方法是等效替代法 故選B 3 實驗前將兩個彈簧測力計調零后水平互鉤對拉 選擇兩個讀數(shù)相同的彈簧測力計 這樣可減小實驗讀數(shù)的誤差 選項A正確 拴在橡皮條上的兩條細繩不必等長 但要盡量長一些 以便于記錄方向 選項B錯誤 彈簧測力計 細繩 橡皮條都應與木板平行 以減小實驗誤差 選項C正確 用兩個彈簧測力計同時拉橡皮條時 兩彈簧測力計的示數(shù)之差不一定要盡可能大 選項D錯誤 在記錄力的方向時 標記同一細繩方向的兩點要遠些 以減小記錄方向時的誤差 選項E正確 4 圖乙中的F是理論值 F 是實際值 圖乙中的F與F 兩力中 方向一定沿AO方向的是F 5 如圖所示 按比例作出平衡時三個橡皮條的拉力的圖示 分析說明 將任意一個力反向延長至等大 由平衡條件可知 這就是另外兩個力的合力 比較它與用平行四邊形定則作出的另外兩個力的合力的大小和方向 若近似相同即可驗證平行四邊形定則 變式 2017 山西八校聯(lián)考 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 如圖S3 3甲 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(shù)F 如圖乙 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和水壺杯帶上 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(shù)F1 圖S3 3 如圖丙 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 中L2的方向拉開細線L2 使和三根細線的方向與 中重合 記錄電子秤的示數(shù)F2 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 特別提醒1 實驗原理的進一步理解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 2 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 應先調節(jié)零刻度 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 拉動彈簧時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(shù)時應正對 平視刻度 變式 2016 浙江卷 某同學在 探究彈力和彈簧伸長的關系 的實驗中 測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N m 如圖S3 5所示 用彈簧OC和彈簧秤a b做 探究求合力的方法 實驗 在保持彈簧伸長1 00cm不變的條件下 1 若彈簧秤a b間夾角為90 彈簧秤a的讀數(shù)是N 圖乙中所示 則彈簧秤b的讀數(shù)可能為N 2 若彈簧秤a b間夾角大于90 保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變 減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角 則彈簧秤a的讀數(shù) 彈簧秤b的讀數(shù) 填 變大 變小 或 不變 圖S3 5 特別提醒1 數(shù)據處理 作圖法在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗中 由作圖法得到的合力F與實際測量得到的合力F 不可能完全重合 只要在誤差允許的范圍內可以認為F與F 重合 即可驗證平行四邊形定則 如圖S3 6所示 圖S3 6 2 誤差分析 1 誤差來源 除彈簧測力計本身的誤差外 還有讀數(shù)誤差 作圖誤差等 2 減小誤差的辦法 實驗過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計的刻度盤 要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測力計的精度正確讀數(shù)和記錄 作圖時使用刻度尺 并借助于三角板 使表示兩力的對邊一定要平行 1 在 驗證力的平行四邊形定則 實驗中 需要將橡皮條的一端固定在水平木板上 先用一個彈簧測力計拉橡皮條的另一端到某一點并記下該點的位置 再將橡皮條的另一端系兩根細繩 細繩的另一端都有繩套 用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套 并互成角度地拉橡皮條 1 某同學認為在此過程中必須注意以下幾項 A 兩根細繩必須等長B 橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上C 在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行D 在用兩個彈簧測力計同時拉細繩時要注意使兩個彈簧測力計的讀數(shù)相等 E 在用兩個彈簧測力計同時拉細繩時必須將橡皮條的另一端拉到用一個彈簧測力計拉時記下的位置其中正確的是 填入相應的字母 2 驗證力的平行四邊形定則 的實驗情況如圖S3 7甲所示 其中A為固定橡皮條的圖釘 O為橡皮條與細繩的結點 OB和OC為細繩 圖乙是在白紙上根據實驗結果畫出的力的示意圖 圖S3 7 圖乙中的F與F 兩力中 方向一定沿AO方向的是 本實驗采用的科學方法是 A 理想實驗法B 等效替代法C 控制變量法D 建立物理模型法 3 某同學在坐標紙上畫出了如圖丙所示的兩個已知力F1和F2 圖中小正方形的邊長表示2N 兩力的合力用F表示 F1 F2與F的夾角分別為 1和 2 下列結論正確的有 A F1 4NB F 12NC 1 45 D 1 2 2 某同學為了探究求合力的方法 先用一個彈簧測力計通過細線懸吊一個鉤碼 當鉤碼靜止時 彈簧測力計的示數(shù)為2 00N 再用兩個彈簧測力計a和b通過兩根細繩互成角度將該鉤碼懸吊 其中b彈簧測力計一端固定 a彈簧測力計所拉細線的方向水平向左 如圖S3 8甲所示 當鉤碼靜止時 b彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示 圖S3 8 1 圖乙中b彈簧測力計的示數(shù)為N 可求出a彈簧測力計的拉力為N 2 保持a彈簧測力計及其所拉的細繩方向不變 將b及其所拉的細繩以O為軸沿逆時針方向在圖示平面內緩慢轉到豎直方向 在此過程中 b的示數(shù) 選填 變大 變小 或 不變 3 某同學用如圖S3 9所示的實驗裝置驗證 力的平行四邊形定則 彈簧測力計B掛于豎直木板上的固定點C 下端用細線掛一重物M 手持彈簧測力計A拉結點O 分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù) 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(shù)的單位為N 圖中B的示數(shù)為N 圖S3 9 2 下列關于實驗要求不正確的是 A 拉線方向應與木板平面平行B 彈簧測力計應在使用前調零C 改變拉力 進行多次實驗 每次都要記錄拉力的方向D 與彈簧相連的細繩應盡量短些 3 該同學改變夾角做第二次實驗時結點O的位置發(fā)生了改變 兩彈簧測力計拉力的合力將 選填 不變 或 改變 4 2017 全國卷 某探究小組做 驗證力的平行四邊形定則 實驗 將畫有坐標軸 橫軸為x軸 縱軸為y軸 最小刻度表示1mm 的紙貼在水平桌面上 如圖S3 10 a 所示 將橡皮筋的一端Q固定在y軸上的B點 位于圖示部分之外 另一端P位于y軸上的A點時 橡皮筋處于原長 1 用一只測力計將橡皮筋的P端沿y軸從A點拉至坐標原點O 此時拉力F的大小可由測力計讀出 測力計的示數(shù)如圖 b 所示 F的大小為N 2 撤去 1 中的拉力 橡皮筋P端回到A點 現(xiàn)使用兩個測力計同時拉橡皮筋 再次將P端拉至O點 此時觀察到兩個拉力分別沿圖 a 中兩條虛線所示的方向 由測力計的示數(shù)讀出兩個拉力的大小分別為F1 4 2N和F2 5 6N 用5mm長度的線段表示1N的力 以O為作用點 在圖 a 中畫出力F1 F2的圖示 然后按平行四邊形定則畫出它們的合力F合 F合的大小為N F合與拉力F的夾角的正切值為 若F合與拉力F的大小及方向的偏差均在實驗所允許的誤差范圍之內 則該實驗驗證了力的平行四邊形定則 圖S3 10 5 在 探究求合力的方法 實驗中 需要將橡皮條的一端固定在水平木板上 另一端系上兩根細繩 細繩的另一端都有繩套 如圖S3 11所示 實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 使橡皮條伸長 結點到達某一位置O 1 某同學在做該實驗時認為 A 拉橡皮條的繩細一些且長一些 實驗效果較好B 拉橡皮條時 彈簧測力計 橡皮條 細繩應貼近木板且與木板平面平行C 橡皮條彈性要好 拉結點到達某一位置O時 拉力要適當大些D 拉力F1和F2的夾角越大越好 圖S3 11 其中正確的是 填入相應的字母 2 若某次測量中兩個彈簧測力計的讀數(shù)均為4N 且兩彈簧測力計拉力的方向相互垂直 則 選填 能 或 不能 用一個量程為5N的彈簧測力計測量出它們的合力 理由是 6 小白用如圖S3 12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 圖S3 12 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 記錄細繩套AO BO的及兩彈簧測力計相應的讀數(shù) 圖中B彈簧測力計的讀數(shù)為N c 小白在坐標紙上畫出兩彈簧測力計拉力FA FB的大小和方向如圖所示 請你用作圖工具在圖中坐標紙上作出FA FB的合力F 答案 b 方向11 40c 略 7 在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗中 某小組利用如圖S3 13甲所示的裝置完成實驗 橡皮條的一端C固定在木板上 用兩只彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點 1 下列敘述正確的是 A 該實驗中CO的拉力是合力 AO和BO的拉力是分力B 兩次操作必須將橡皮條和繩的結點拉到相同位置C 實驗中AO和BO的夾角應盡可能大 圖S3 13 D 在實驗中 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的刻度線E 實驗中 只需記錄彈簧測力計的讀數(shù)和O點的位置 2 對數(shù)據處理后得到如圖乙所示的圖線 則F與F 兩力中 方向一定沿CO方向的是 3 本實驗采用的科學方法是 答案 1 BD 2 F 3 等效替代法