《2019-2020學年新教材高中物理 第三章 相互作用 實驗：驗證力的平行四邊形定則學案 新人教版必修1》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2019-2020學年新教材高中物理 第三章 相互作用 實驗：驗證力的平行四邊形定則學案 新人教版必修1（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗：驗證力的平行四邊形定則 [學習目標]　1.驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則．2.練習用作圖法求兩個力的合力． 一、實驗原理和方法 1．合力F′的確定：一個力F′的作用效果與兩個共點力F1與F2共同作用的效果都是把橡皮條拉伸到某點，則F′為F1和F2的合力． 2．合力理論值F的確定：根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示． 3．平行四邊形定則的驗證：在實驗誤差允許的范圍內，比較F′和F是否大小相等、方向相同． 二、實驗器材 方木板、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆． 三、實驗步驟 1．儀器的安裝：用圖

2、釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上．用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套，如圖所示． 2．操作與記錄 (1)兩力拉：用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結點到達某一位置O(如圖所示)．用鉛筆描下結點O的位置和兩條細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)． (2)一力拉：只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向． (3)改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向，再重做兩次實驗． 四、數(shù)據(jù)處理 1．用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的拉

3、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． 2．用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的方向作出實驗步驟(2)中彈簧測力計的拉力F′的圖示． 3．比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則． 五、誤差分析 (1)讀數(shù)誤差：彈簧測力計數(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． ①結點O的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準確，造成作圖誤差． ②兩個分力的起始夾角α太大，如大于120°，再重復做兩次實驗，為保證結點O位置不變(即保證合力不變)

4、，則α變化范圍不大，因而彈簧測力計示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差較大，導致作圖產生較大誤差． ③作圖比例不恰當、不準確等造成作圖誤差． 六、注意事項 1．正確使用彈簧測力計 (1)測量前應首先檢查彈簧測力計的零點是否準確，注意使用中不要超過其彈性限度． (2)實驗時，彈簧測力計必須保持與木板平行，且拉力應沿軸線方向．彈簧測力計的指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位孔發(fā)生摩擦． (3)讀數(shù)時應正對、平視刻度，估讀到最小刻度的下一位． 2．規(guī)范實驗操作 (1)位置不變：在同一次實驗中，將橡皮條拉長時結點的位置一定要相同． (2)角度合適：兩個彈簧測力計所拉細繩套的夾角不宜太小，也

5、不宜太大，以60°～100°為宜． (3)在不超出彈簧測力計量程及在橡皮條彈性限度內的前提下，測量數(shù)據(jù)應盡量大一些． (4)細繩套應適當長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細繩套方向畫直線，應在細繩套兩端畫個投影點，去掉細繩套后，連直線確定力的方向． 3．規(guī)范合理作圖：在同一次實驗中，畫力的圖示選定的標度要相同，并且要恰當選定標度，使力的圖示稍大一些. 【例1】　在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端．用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結點到達紙面上

6、某一位置，如圖所示．請將以下的實驗操作和處理補充完整： (1)用鉛筆描下結點位置，記為O. (2)記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應的點連成線． (3)只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結點仍拉到位置O，記錄測力計的示數(shù)F3， ________________________________. (4)按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3. (5)根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F. (6)比較________的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應的改進后再次進行實驗． [解析]　

7、(3)用鉛筆描出繩上的幾個點，用刻度尺把這些點連成直線(畫拉力的方向)，目的是畫出同兩分力產生相同效果的這個力的方向． (6)F與F3作比較，即比較用平行四邊形作出的合力和產生相同效果的實際的力是否相同，即可驗證力的平行四邊形定則的正確性． [答案]　(3)沿此時細繩(套)的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線　(6)F與F3 【例2】　某探究小組做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，將畫有坐標軸(橫軸為x軸，縱軸為y軸，最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上，如圖(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．

8、 (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(xiàn)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＝4.20 N和F2＝5.60 N. ①用5 mm長度的線段表示1 N的力，以O點為作用點，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； ②F合的大小為________N，F(xiàn)合與拉力F的夾角的正切值為______

9、__． 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． [解析]　(1)由題給測力計示數(shù)可知，讀數(shù)為4.00 N. (2)作圖，F(xiàn)2長度為28 mm，F(xiàn)1長度為21 mm，平行四邊形如圖，量出合力長度約為20 mm，大小代表4.00 N，量出合力箭頭處到y(tǒng)軸距離和所作合力在y軸上投影長度，其比值就是F合與拉力F的夾角的正切值． [答案]　(1)4.00　(2)①如解析圖所示?、?.00　0.05 (1)為使合力的作用效果與兩個分力共同作用效果相同，每次實驗必須保證結點位置保持不變. (2)利用平行四邊形定則求得的合力與實際的

10、合力往往不相同，但實際的合力一定沿橡皮筋伸長的方向. 1．如圖是“探究求合力的方法”實驗示意圖．圖甲表示在兩個拉力F1、F2的共同作用下，將橡皮條的結點拉長到O點；圖乙表示準備用一個拉力F拉橡皮條．下列說法正確的是(　　) A．甲實驗時，兩個拉力的大小應相等 B．甲實驗時，兩個拉力的方向應互相垂直 C．乙實驗時，只需使橡皮條的伸長量與甲實驗相等 D．乙實驗時，需將橡皮條的結點拉到O點 D　[甲實驗時，兩個拉力的大小適當，將橡皮條拉到O點，并非要求它們的大小一定相等，選項A錯誤；實驗時兩個分力的夾角大小適當即可，并非要求一定垂直，選項B錯誤；乙實驗時，要求橡皮條的伸長量和

11、形變方向與甲實驗相同，即將結點拉到O點，選項C錯誤，D正確．] 2．如圖所示，在“驗證力的平行四邊形定則”這一實驗中，兩彈簧秤現(xiàn)在的夾角為90°，使b彈簧秤從圖示位置開始沿箭頭方向緩慢轉動，在這過程中，保持O點的位置和a彈簧秤的拉伸方向不變，則在整個過程中，關于a、b兩彈簧秤示數(shù)的變化情況是(　　) A．a示數(shù)增大，b示數(shù)減小 B．a示數(shù)減小，b示數(shù)增大 C．a示數(shù)減小，b示數(shù)先增大后減小 D．a示數(shù)減小，b示數(shù)先減小后增大 B　[對點O受力分析，受到兩個彈簧秤的拉力和橡皮條的拉力，如圖，其中橡皮條的拉力大小不變，a彈簧秤拉力方向不變，b彈簧秤拉力方向和大小都改變．由圖可知a示

12、數(shù)減小，b示數(shù)增大，故A、C、D錯誤，B正確．] 3．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500 N/m.如圖甲所示，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1.00 cm不變的條件下， 甲　　　　乙 (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)________．(均選填“變大”“變小”

13、或“不變”) [解析]　(1)彈簧OC的彈力FOC＝kx＝500×0.01 N＝5 N. 由題圖乙可知，彈簧秤a的讀數(shù)Fa＝3.00 N. 所以彈簧秤b的讀數(shù)可能為Fb＝＝4.00 N. (2)由圖可知，隨著彈簧秤b與彈簧OC的夾角的減小，彈簧秤a的拉力變大，彈簧秤b的拉力也變大，所以彈簧秤a、b的讀數(shù)變大． [答案]　(1)3.00～3.02都正確　3.90～4.10都正確　(2)變大　變大 4．在做“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，先用一個彈簧測力計拉橡皮條的另一端到某一點(結點)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

14、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)(多選)某同學認為在此過程中必須注意以下幾項，其中正確的是________． A．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 B．兩根細繩必須等長 C．橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上 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結點拉到用一個彈簧測力計拉時記下的結點位置 (2)(多選)某同學在坐標紙上畫出了如圖所示的兩個已知力F1和F2，圖中小正方形的邊長表示2 N，兩力的合力用F表示，F(xiàn)1、F2與F的夾角分別為θ1和θ2，下列

15、說法正確的是________． A．F1＝4 N　　 B．F＝12 N C．θ1＝45° D．θ1<θ2 [解析]　(1)在使用彈簧秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行，A正確；細繩的作用是能顯示出力的方向，不必等長，B錯誤；兩細繩拉橡皮條時，只要確保拉到同一點即可，不一定橡皮條要在兩細繩的夾角平分線上，C錯誤；兩彈簧秤示數(shù)不需要等大，只要便于作出平行四邊形即可，D錯誤；為滿足“等效替代”效果，必須保證兩次拉橡皮條的結點O到同一位置，E正確． (2)根據(jù)平行四邊形定則，作出兩個力的合力，由圖可知F1＝4 N，合力F＝12 N，由幾何關系可知，F(xiàn)1與F的夾角θ1＝45°，而θ1>θ2

16、，故B、C正確． [答案]　(1)AE　(2)BC 5．某實驗小組用一只彈簧測力計和一個量角器等器材做“探究求合力的方法”，設計了如圖所示的實驗裝置，固定在豎直木板上的量角器的直邊水平，橡皮條的一端固定于量角器的圓心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： Ⅰ.彈簧測力計掛在繩套1上豎直向下拉橡皮條，使橡皮條的結點到達O點處，記下彈簧測力計的示數(shù)F； Ⅱ.彈簧測力計掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮條，使橡皮條的結點到達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(shù)F1； Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計算繩套1的拉力F1′＝①. Ⅳ.

17、比較②即可初步驗證 Ⅴ.只改變繩套2的方向，重復上述實驗步驟． 回答下列問題： (1)完成實驗步驟中①________；②____________. (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，此過程中保持橡皮條的結點在O處不動，保持繩套1和繩套2的夾角120°不變，關于繩套1的拉力大小的變化，下列結論正確的是________．(填選項前的序號) A．逐漸增大 B．先增大后減小 C．逐漸減小 D．先減小后增大 [解析]　(1)由平行四邊形定則可知，F(xiàn)1′＝Ftan 30°＝，比較測量的繩套1的讀數(shù)和通過平行四邊形定則算出的

18、值，即比較F1和F1′，可以初步驗證． (2)合力F＝F1sin θ＋F2sin(60°－θ)，θ為繩1與0°線的夾角，F(xiàn)不變，θ增大，則F1增大． [答案]　(1)　F1和F1′　(2)A 6．某同學在學完“力的合成”后，想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則．他從學校的實驗室里借來兩個彈簧測力計，按如下步驟進行實驗． A．在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧測力計彈力的大小和方向 B．在一個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)F C．將一根大約30 cm長的細線從杯帶中穿過，再將細線兩端分別拴在兩個彈簧測力計的掛鉤上．在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細線，使兩個彈簧測

19、力計的示數(shù)相等，在白紙上記下細線的方向，彈簧測力計的示數(shù)如圖甲所示 D．在白紙上按一定標度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示，如圖乙所示，根據(jù)力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力F′ (1)在步驟C中，彈簧測力計的讀數(shù)為________ N. (2)在步驟D中，合力F′＝________ N. (3)若_________________，就可以驗證力的平行四邊形定則． [解析]　(1)彈簧測力計讀數(shù)時需要估讀，最終的讀數(shù)要以有效數(shù)字的形式給出， 根據(jù)題圖甲彈簧測力計指針的位置，可讀出力的大小為3.00 N. (2)根據(jù)力的大小可以用線段的長度來表示，利用刻度尺和三角板在題圖乙上，由已知的兩個力作出平行四邊形，測量出兩力之間的對角線的長度，與標度為1 N的長度進行比較，可求出F′的大小為(5.2±0.2)N. (3)若F′在豎直方向且數(shù)值與F近似相等，在實驗誤差允許的范圍內可以驗證力的平行四邊形定則． [答案]　(1)3.00　(2)(5.2±0.2)　(3)F′在豎直方向且數(shù)值與F近似相等 - 9 -