《2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案 新人教版必修1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年新教材高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則學(xué)案 新人教版必修1（9頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成的平行四邊形定則．2.練習(xí)用作圖法求兩個(gè)力的合力． 一、實(shí)驗(yàn)原理和方法 1．合力F′的確定：一個(gè)力F′的作用效果與兩個(gè)共點(diǎn)力F1與F2共同作用的效果都是把橡皮條拉伸到某點(diǎn)，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(yàn)證：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，比較F′和F是否大小相等、方向相同． 二、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(若干)、鉛筆． 三、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套，如圖所示． 2．操作與記錄 (1)兩力拉：用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)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(如圖所示)．用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩條細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)． (2)一力拉：只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向． (3)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)． 四、數(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

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(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(2)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、誤差分析 (1)讀數(shù)誤差：彈簧測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些，讀數(shù)時(shí)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(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的方向畫得不準(zhǔn)確，造成作圖誤差． ②兩個(gè)分力的起始夾角α太大，如大于120°，再重復(fù)做兩次實(shí)驗(yàn)，為保證結(jié)點(diǎn)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(cè)力計(jì)示數(shù)變化不顯著，讀數(shù)誤差較大，導(dǎo)致作圖產(chǎn)生較大誤差． ③作圖比例不恰當(dāng)、不準(zhǔn)確等造成作圖誤差． 六、注意事項(xiàng) 1．正確使用彈簧測(cè)力計(jì) (1)測(cè)量前應(yīng)首先檢查彈簧測(cè)力計(jì)的零點(diǎn)是否準(zhǔn)確，注意使用中不要超過其彈性限度． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)必須保持與木板平行，且拉力應(yīng)沿軸線方向．彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度，估讀到最小刻度的下一位． 2．規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作 (1)位置不變：在同一次實(shí)驗(yàn)中，將橡皮條拉長(zhǎng)時(shí)結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同． (2)角度合適：兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)所拉細(xì)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(cè)力計(jì)量程及在橡皮條彈性限度內(nèi)的前提下，測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)盡量大一些． (4)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)繩套方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩套兩端畫個(gè)投影點(diǎn)，去掉細(xì)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(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些. 【例1】　在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)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(diǎn)，兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端．用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上

6、某一位置，如圖所示．請(qǐng)將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整： (1)用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置，記為O. (2)記錄兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1和F2，沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線． (3)只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O，記錄測(cè)力計(jì)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(duì)其原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． [解析]　

7、(3)用鉛筆描出繩上的幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線(畫拉力的方向)，目的是畫出同兩分力產(chǎn)生相同效果的這個(gè)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(chǎn)生相同效果的實(shí)際的力是否相同，即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則的正確性． [答案]　(3)沿此時(shí)細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn)，用刻度尺把這些點(diǎn)連成直線　(6)F與F3 【例2】　某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，將畫有坐標(biāo)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(diǎn)(位于圖示部分之外)，另一端P位于y軸上的A點(diǎn)時(shí)，橡皮筋處于原長(zhǎng)．

8、 (1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的P端沿y軸從A點(diǎn)拉至坐標(biāo)原點(diǎn)O，此時(shí)拉力F的大小可由測(cè)力計(jì)讀出．測(cè)力計(jì)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(diǎn)，現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋，再次將P端拉至O點(diǎn)．此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為F1＝4.20 N和F2＝5.60 N. ①用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 N的力，以O(shè)點(diǎn)為作用點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi)，則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則． [解析]　(1)由題給測(cè)力計(jì)示數(shù)可知，讀數(shù)為4.00 N. (2)作圖，F(xiàn)2長(zhǎng)度為28 mm，F(xiàn)1長(zhǎng)度為21 mm，平行四邊形如圖，量出合力長(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)分力共同作用效果相同，每次實(shí)驗(yàn)必須保證結(jié)點(diǎn)位置保持不變. (2)利用平行四邊形定則求得的合力與實(shí)際的

10、合力往往不相同，但實(shí)際的合力一定沿橡皮筋伸長(zhǎng)的方向. 1．如圖是“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)示意圖．圖甲表示在兩個(gè)拉力F1、F2的共同作用下，將橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉長(zhǎng)到O點(diǎn)；圖乙表示準(zhǔn)備用一個(gè)拉力F拉橡皮條．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．甲實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)拉力的大小應(yīng)相等 B．甲實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)拉力的方向應(yīng)互相垂直 C．乙實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需使橡皮條的伸長(zhǎng)量與甲實(shí)驗(yàn)相等 D．乙實(shí)驗(yàn)時(shí)，需將橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn) D　[甲實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)拉力的大小適當(dāng)，將橡皮條拉到O點(diǎn)，并非要求它們的大小一定相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)兩個(gè)分力的夾角大小適當(dāng)即可，并非要求一定垂直，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；乙實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求橡皮條的伸長(zhǎng)量和

11、形變方向與甲實(shí)驗(yàn)相同，即將結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．] 2．如圖所示，在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”這一實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)動(dòng)，在這過程中，保持O點(diǎn)的位置和a彈簧秤的拉伸方向不變，則在整個(gè)過程中，關(guān)于a、b兩彈簧秤示數(shù)的變化情況是(　　) A．a(chǎn)示數(shù)增大，b示數(shù)減小 B．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)增大 C．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)先增大后減小 D．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)先減小后增大 B　[對(duì)點(diǎn)O受力分析，受到兩個(gè)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(cuò)誤，B正確．] 3．某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，測(cè)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(shí)驗(yàn)．在保持彈簧伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，先用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條的另一端到某一點(diǎn)(結(jié)點(diǎn))并記下該點(diǎn)的位置；再將橡皮條的另一端系兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有

14、繩套，用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條． (1)(多選)某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng)，其中正確的是________． A．在使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)要注意使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行 B．兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng) C．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上 D．在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)要注意使兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)相等 E．在用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)必須將橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)記下的結(jié)點(diǎn)位置 (2)(多選)某同學(xué)在坐標(biāo)紙上畫出了如圖所示的兩個(gè)已知力F1和F2，圖中小正方形的邊長(zhǎng)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(shuō)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(shí)要注意使彈簧秤與木板平面平行，A正確；細(xì)繩的作用是能顯示出力的方向，不必等長(zhǎng)，B錯(cuò)誤；兩細(xì)繩拉橡皮條時(shí)，只要確保拉到同一點(diǎn)即可，不一定橡皮條要在兩細(xì)繩的夾角平分線上，C錯(cuò)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(cuò)誤；為滿足“等效替代”效果，必須保證兩次拉橡皮條的結(jié)點(diǎn)O到同一位置，E正確． (2)根據(jù)平行四邊形定則，作出兩個(gè)力的合力，由圖可知F1＝4 N，合力F＝12 N，由幾何關(guān)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(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測(cè)力計(jì)和一個(gè)量角器等器材做“探究求合力的方法”，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟如下： Ⅰ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮條，使橡皮條的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)處，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F； Ⅱ.彈簧測(cè)力計(jì)掛在繩套1上，手拉著繩套2，緩慢拉橡皮條，使橡皮條的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處，此時(shí)繩套1沿0°方向，繩套2沿120°方向，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1； Ⅲ.根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算繩套1的拉力F1′＝①. Ⅳ.

17、比較②即可初步驗(yàn)證 Ⅴ.只改變繩套2的方向，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟． 回答下列問題： (1)完成實(shí)驗(yàn)步驟中①________；②____________. (2)將繩套1由0°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到60°方向，同時(shí)繩套2由120°方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到180°方向，此過程中保持橡皮條的結(jié)點(diǎn)在O處不動(dòng)，保持繩套1和繩套2的夾角120°不變，關(guān)于繩套1的拉力大小的變化，下列結(jié)論正確的是________．(填選項(xiàng)前的序號(hào)) 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(cè)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(yàn)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(xué)在學(xué)完“力的合成”后，想在家里做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則．他從學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室里借來(lái)兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，按如下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． A．在墻上貼一張白紙用來(lái)記錄彈簧測(cè)力計(jì)彈力的大小和方向 B．在一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F C．將一根大約30 cm長(zhǎng)的細(xì)線從杯帶中穿過，再將細(xì)線兩端分別拴在兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤上．在靠近白紙?zhí)幱檬謱?duì)稱地拉開細(xì)線，使兩個(gè)彈簧測(cè)

19、力計(jì)的示數(shù)相等，在白紙上記下細(xì)線的方向，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖甲所示 D．在白紙上按一定標(biāo)度作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(gè)力的合力F′ (1)在步驟C中，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為________ N. (2)在步驟D中，合力F′＝________ N. (3)若_________________，就可以驗(yàn)證力的平行四邊形定則． [解析]　(1)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)時(shí)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(cè)力計(jì)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(zhǎng)度來(lái)表示，利用刻度尺和三角板在題圖乙上，由已知的兩個(gè)力作出平行四邊形，測(cè)量出兩力之間的對(duì)角線的長(zhǎng)度，與標(biāo)度為1 N的長(zhǎng)度進(jìn)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)可以驗(yàn)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 -