【與名師對話】2013屆高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 第五講 實驗驗證力的平行四邊形定則課件 新人教版必修1

1、(對應(yīng)學(xué)生用書P34)一、實驗?zāi)康尿炞C互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則．二、實驗器材方木板一塊，白紙，彈簧測力計(兩個)，橡皮條一段，細(xì)繩(兩條)，白紙，刻度尺，三角板，圖釘，鉛筆．,三、實驗原理等效法：使一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的共同作用效果相同，都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點，則力F′就是這兩個力F1、F2的合力．作出F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1、F2的合力F的圖示，比較F和F′的

2、大小和方向是否相同，從而驗證力的平行四邊形定則．四、實驗步驟1.在桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上．2.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(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套．,3.用兩個彈簧秤分別鉤住兩個繩套，互成角度地拉橡皮條的同一結(jié)點，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O(如圖所示)．4.用鉛筆記下O點的位置和兩條細(xì)繩的方向，讀出兩個彈簧秤的示數(shù)．5.用鉛筆和刻

3、度尺在白紙上從O點沿著兩條細(xì)繩的方向畫直線，按照一定的標(biāo)度作出兩個力F1和F2的圖示，用平行四邊形定則求出其合力F.,6．只用一個彈簧秤，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，讀出彈簧秤的示數(shù)，并記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力F′的圖示．7.比較力F′與F的大小和方向，看它們在一定范圍內(nèi)是否相等．8．改變兩個分力的大小和夾角，再做兩次實驗．,問題探究　每次實驗都必須保證結(jié)點的位置保持不變，這體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法？若兩次橡

4、皮條的伸長長度相同，能否驗證平行四邊形定則？[提示]　每次實驗保證結(jié)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(xué)中等效替換的思想方法．由于力不僅有大小，還具有方向，所以兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點位置不同，說明兩次效果不同，不滿足合力與分力的關(guān)系，不能驗證平行四邊形定則．,(對應(yīng)學(xué)生用書P35)要點一　　誤差分析　　　1.讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法：選擇相同的彈簧測力計并調(diào)整好零刻度；彈簧測力

5、計數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些，讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄．,2．作圖誤差減小作圖誤差的方法：作圖時兩力的對邊一定平行．兩個分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形作出的合力F的誤差ΔF就越大，所以實驗中不要把F1、F2間的夾角取得太大．,要點二　　注意事項　　　 1.同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另

6、換，直至相同為止．2.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O位置一定要相同．3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．4.讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦．讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，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

7、.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些，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點，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點與O點連接，即可確定力的方向．6.在同一次實驗中，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．,要點三　　實驗改進　　　 本實驗用一個彈簧測力計也可以完成實驗，具體操作如下：(1)把兩條細(xì)繩中的一條細(xì)繩與彈簧測力計連接，另一條細(xì)繩用手直接抓住，然后同時拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點至

8、O點，記下兩條細(xì)繩的方向和彈簧測力計的示數(shù)F1.(2)放回橡皮條后，將彈簧測力計連接到另一細(xì)繩上，用手再同時拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點至O點，并使兩條細(xì)繩位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計的示數(shù)F2.其他步驟與提供兩彈簧測力計相同．這種操作的優(yōu)點是能減小因兩彈簧測力計的不同而帶來的誤差，但實驗過程麻煩．,在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，橡皮條的一端固定在木板上，用兩個彈簧秤把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點．下列操作中錯誤的是(

9、　　)A．同一次實驗過程中，O點位置允許變動B．實驗中，彈簧秤必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度C．實驗中，先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤的大小和方向，把橡皮條另一端拉到O點D．實驗中，把橡皮條的另一端拉到O點時，兩個彈簧秤之間夾角應(yīng)取90°，以便于算出合力大小,[解析]　從橡皮條固定點到O點的連線，是合力的作用線方向，如果O點變動，那么合力的大小、方向都要變化，就不能驗證

10、力的平行四邊形定則，故A選項錯．C選項中，因一個彈簧秤已拉到最大量程，再通過另一個彈簧秤拉橡皮條到O點時，每一個彈簧秤都可能超過最大量程，造成損壞，或讀數(shù)不準(zhǔn)，故C選項錯．該實驗是利用平行四邊形定則進行合成，兩個分力成任意角度都適用，不必成90°，故D選項錯．[答案]　ACD,(對應(yīng)學(xué)生用書P35)題型一　　實驗數(shù)據(jù)的處理　　　例1　將橡皮筋的一端固定在A點，另一端拴上兩根細(xì)繩，每根細(xì)繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度

11、為0.1 N的彈簧測力計，沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計，當(dāng)橡皮筋的活動端拉到O點時，兩根細(xì)繩相互垂直，如圖所示．這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出．,(1)由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為________ N和________ N.(2)在如圖所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力．(3)下圖中(A)(B)兩圖是兩位同學(xué)得到的實驗結(jié)果，其中哪一個圖符合實際？若合力測量值F′是準(zhǔn)確的，則F與F′有誤差的原因可

12、能是哪些？,[思路誘導(dǎo)]　(1)讀數(shù)時要符合有效數(shù)字的要求．(2)合理選取標(biāo)度，作出兩分力，再應(yīng)用平行四邊形定則作出合力．(3)F′是用一個測力計拉橡皮條所得到的，應(yīng)在什么方向上？[嘗試解答]　(1)彈簧測力計的最小刻度為0.1 N，讀數(shù)時應(yīng)估讀一位，所以讀數(shù)分別為2.50 N和4.00 N.,(2)取一個小方格的邊長表示0.50 N，作出兩個力及它們的合力如圖．(3)F′是用一個測力計拉橡皮條所得到的，其方向一定在橡皮條所在直

13、線上，所以(B)圖符合實際．誤差的原因主要是彈簧測力計讀數(shù)誤差，確定分力方向不夠準(zhǔn)確等原因．[答案]　(1)2.50　4.00　(2)見解析　(3)(B)圖　誤差原因見解析,題型二　　實驗方法的遷移　　　例2　在課外活動小組進行研究性學(xué)習(xí)的過程中，某研究小組設(shè)計了一個實驗來驗證力的平行四邊形定則，其設(shè)計方案為：用三根相同的橡皮帶、四個圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板來驗證力的平行四邊形定則．其步驟如下：①將拴有橡皮條的圖

14、釘A、B適當(dāng)張開釘在木板上，拉第三根橡皮條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點處的圖釘O靜止時，釘下C圖釘，并記錄圖釘O的位置和圖釘A、B、C的位置．,②將x1、x2、x3按一定比例圖示表示出來，以x1、x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對角線OC′，比較OC′與OC的長度(即x3的長度)及方向，若相等，且在一條直線上，則達到目的，若OC′與OC有一微小夾角θ，則有誤差(如圖實所示)：③測出此時這三根橡皮條的長度L1、L2、L3，分

15、別算出它們的伸長量x1＝L1－L0，x2＝L2－L0，x3＝L3－L0.④將三根橡皮條的一端都拴在一個圖釘O上，將這三根橡皮條的另一端分別拴上圖釘A、B、C，注意此時四個圖釘均未固定在板上．⑤用刻度尺測出橡皮條的自由長度L0，注意從圖釘腳之間測起．,(1)請你確定該研究小組的實驗步驟的順序是________．(2)對于本實驗下列論述中正確的是________．A．實驗中用到了圖釘O受到三個共面共點力而靜止，任意兩個力的合力與第三

16、個力大小相等、方向相反的原理，使合力和分力在一次實驗中全部出現(xiàn)，從而簡化了實驗的過程B．實驗中用到了胡克定律，簡化了力的測量，可以不用彈簧測力計就完成實驗C．由于實驗中總有OC′與OC的微小夾角θ.故實驗有誤差，該方法不可取D．三根橡皮條不能做到粗細(xì)、長短完全相同，是該實驗的主要誤差來源之一,[嘗試解答]　(1)該實驗的過程中應(yīng)該首先將三根橡皮條拴在圖釘上，這樣便于測橡皮條的原長，之后就要固定兩個圖釘拉第三個圖釘?shù)竭m當(dāng)?shù)奈恢眠M行實

17、驗，把第三個圖釘也固定好后就可測每根橡皮條的長度并計算出伸長量，最后按照胡克定律轉(zhuǎn)換成力作出力的圖示進行實驗研究，所以正確的實驗步驟是④⑤①③②.(2)該實驗的關(guān)鍵是應(yīng)用三個共點力平衡的推論進行實驗原理的改進，應(yīng)用胡克定律將測量力的大小轉(zhuǎn)換為測橡皮條的長度，所以選項A、B都正確；任何實驗都有誤差，誤差是不可避免的，不能因為有誤差就把實驗完全否定，故選項C錯誤；實驗的誤差有系統(tǒng)誤差和偶然誤差，都是不可避免的，該實驗也是一樣的，從系統(tǒng)誤差

18、來看，影響該實驗的主要因素不是原理，而是器材，特別是橡皮條的長短和粗細(xì)，所以說三根橡皮條不能做到粗細(xì)、長短完全相同，是該實驗的主要誤差來源之一，故選項D也是對的，所以正確選項為A、B、D.,[答案]　(1)④⑤①③②　(2)A、B、D,(對應(yīng)學(xué)生用書P36)1．在“互成角度的兩個共點力的合成”的實驗中，采取下列哪些措施可減小實驗誤差(　　)A．兩個分力F1、F2間夾角要盡量大些B．兩個分力F1、F2大小要盡量大些C．拉橡皮條的細(xì)

19、繩要稍長些D．實驗前，先把所用的兩個彈簧秤的鉤子相互鉤住，平放在桌子上，向相反的方向拉動，檢查讀數(shù)是否相同,[解析]　兩個分力F1、F2間夾角不宜太小，也不宜太大，以60°到100°為宜，所以選項A錯誤．選項B可使彈簧秤的示數(shù)在讀數(shù)時誤差減?。贿x項C可使拉力的方向確定更準(zhǔn)確；選項D若兩彈簧秤讀數(shù)相同，可減小誤差．所以本題的答案為B、C、D.[答案]　BCD,2．某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，主要步驟是

20、：(　　)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(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(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

21、力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力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是________和________；(2)遺漏的內(nèi)容分別是________和________．,[解析]　本題主要考查在驗證力的平行四邊形定則實驗中的實驗步驟，要求理解、記住該實驗的操作順序．據(jù)驗證力的平行四邊形定則的操作規(guī)程可知，

22、有重要遺漏的步驟的序號是C、E.在C中未記下兩繩的方向．E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到了同一位置O.[答案]　C　E　記下兩繩的方向　說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到了同一位置O,3．李明同學(xué)在做“互成角度的兩個力的合成”實驗時，利用坐標(biāo)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)中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力．(2)有關(guān)此實驗，下列敘述正確的是(　　)A．兩彈簧

23、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)所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實驗比較符合實驗事實？(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示)答：____

24、______________________________________.(4)在以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學(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，對角線OF就

25、表示合力F.(標(biāo)上箭頭表明方向)(2)兩分力可以同時大于合力，故A正確；結(jié)點受三個力作用處于平衡狀態(tài)，其中兩彈簧測力計的拉力的合力與第三個力——橡皮筋的拉力等大反向，是一對平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B錯；只有保證結(jié)點在同一位置才能說明作用效果相同，故C對；若兩個分力的大小變化而方向都不變，則合力必定變化，故D錯.,(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線，單個彈簧測力計的拉力F′一定與橡皮筋共線，故張華的實驗比較符合實驗事實

26、. (4)F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左．作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行. [答案]　(1)如圖所示 (2)A、C　(3)張華做的符合實驗事實 (4)見解析,4．在探究力的合成的實驗中，橡皮條的一端固定在P點，另一端被A、B兩只彈簧測力計拉伸至O點，F(xiàn)1、F2分別表示A、B兩只彈簧測力計的讀數(shù)，如圖所示．使彈簧測力計B從圖示位置開始順時針緩慢轉(zhuǎn)動，在這一過程中保持O點和彈簧

27、測力計A的拉伸方向不變，則在整個過程中兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2的變化是(　　)A．F1減小，F(xiàn)2減小B．F1減小，F(xiàn)2增大C．F1減小，F(xiàn)2先增大后減小D．F1減小，F(xiàn)2先減小后增大,[解析]　由于結(jié)點O的位置不變，所以F1和F2的合力大小和方向不變，畫出平行四邊形如圖所示，彈簧測力計A的拉伸方向不變，則F1的方向不變，彈簧測力計B順時針轉(zhuǎn)動過程中，F(xiàn)2的大小和方向均不斷改變，圖中畫出彈簧測力計B轉(zhuǎn)動過程中的三個位置，兩彈簧

28、測力計的讀數(shù)分別為F1′和F2′、F1″和F2″、F1和F2，觀察表示力大小的有向線段的長短變化，可以看出彈簧測力計A的讀數(shù)F1一直逐漸減小，而彈簧測力計B的讀數(shù)F2先減小后增大，當(dāng)彈簧測力計B轉(zhuǎn)動至與彈簧測力計A垂直時F2最小．[答案]　D,5．(2011·廣州測試)“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(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

29、．B．其中一根細(xì)線掛上5個質(zhì)量相等的鉤碼，使橡皮筋拉伸，如圖甲所示，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個和3個質(zhì)量相等的鉤碼，用兩光滑硬棒B、C使兩細(xì)線互成角度，如圖乙所示，小心調(diào)整B、C的位置，使________，記錄________．(2)如果“力的平行四邊形定則”得到驗證，那么圖乙中cos αcos β＝________.,6．小明同學(xué)在學(xué)完力的合成

30、與分解后，想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則．他從學(xué)校的實驗室里借來兩只彈簧測力計，按如下步驟進行實驗. A．在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧彈力的大小和方向B．在一只彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下靜止時彈簧測力計的讀數(shù)FC．將一根大約30 cm長的細(xì)線從杯帶中穿過，再將細(xì)線兩端拴在兩只彈簧測力計的掛鉤上．在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細(xì)線，使兩只彈簧測力計的讀數(shù)相等，在白紙上記下細(xì)線的方向和彈簧測力計的讀數(shù)．如圖甲所示