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第7講 實驗：驗證的平行四邊形定則,知識梳理 實驗裝置,實驗原理 一個力F'的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固 定的橡皮條伸長到① 同一點 ,所以力F' 就是這兩個力F1和F2的合 力。作出力F'的圖示并根據(jù)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② 平行四邊形定則 。,1.(多選)在做“互成角度的兩個力的合成”實驗時,橡皮條的一端固定 在木板上,用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點。 以下操作中不正確的是 ( ) A.同一實驗過程中,O點位置允許變動 B.實驗中,彈簧測力計必須與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計,刻度 C.實驗中,先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大測量值,然后 只需調節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向,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,兩彈簧測力計之間的夾角應取 90°,以便于算出合力的大小,ACD,答案 ACD 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,那么合力的大小或方向就要變化,就不能驗證力的平行四邊 形定則,故A選項錯;C選項中,因一個彈簧測力計已拉到最大測量值,再 通過另一個彈簧測力計拉橡皮條到O點時,每一個彈簧測力計都可能超 過最大測量值,造成損壞,或讀數(shù)不準,故C選項錯;互成角度的兩個力的 合成,是利用平行四邊形定則進行合成,兩彈簧測力計之間的夾角不必 一定成90°角,故D選項錯。,2.探究力的平行四邊形定則的實驗原理是等效原理,其等效性是指 ( ) A.使兩分力與合力滿足平行四邊形定則 B.使兩次橡皮筋與細繩套的結點都與某點O重合 C.使兩次橡皮筋伸長的長度相等 D.使彈簧測力計在兩種情況下發(fā)生相同的形變,答案 B 本實驗的驗證目標是分力和合力之間遵循平行四邊形定則, 等效性體現(xiàn)在橡皮筋沿某一定方向發(fā)生相同的形變,故兩次實驗中橡皮 筋與細繩套的結點都與某點O重合。,B,深化拓展,考點 實驗的注意事項與數(shù)據(jù)處理,深化拓展 考點 實驗的注意事項與數(shù)據(jù)處理 1.注意事項 (1)同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計鉤 好后對拉,若兩只彈簧測力計在對拉的過程中,讀數(shù)相同,則可選,若不同, 應另換,直至相同為止,實驗時彈簧測力計與板面平行; (2)在滿足合力不超過彈簧測力計量程及橡皮條形變不超過彈性限度的 條件下,應使拉力盡量大一些,以減小誤差; (3)畫力的圖示時,應該選定恰當?shù)臉硕?盡量使圖畫得大一些,但也不要 太大而畫出紙外,要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出合力; (4)在同一次實驗中,拉長的橡皮條的結點O位置一定要相同。,2.數(shù)據(jù)處理 由作圖法得到的F與實際測量得到的F'不可能完全重合,但在誤差允許 范圍內可認為F和F'重合。,1-1 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 彈簧測力計的示數(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 F和F3 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。 答案 ③見解析 ⑥F和F3,解析 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 點連成線。 ⑥為了驗證力的平行四邊形定則,需比較合力F與拉力F3是否一致。,1-2 (2017北京豐臺一模,21)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: 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)、兩條細繩 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F; 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,得出結論。 ①請把步驟e中的內容補充完整 把橡皮條的結點拉到同一位置O，讀出彈簧測力示數(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)了下列哪種科學方 法 B 。 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 ACE (填字母代號)。 A.實驗前將兩彈簧測力計調零后水平互鉤對拉,選擇兩個讀數(shù)相同的測 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(jù)實驗數(shù)據(jù)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 ④ F' 。 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,另一端分別系上細繩,仍保證橡皮條 原長相同,測得原長L0=5.40 cm。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繩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根橡皮 條另一端的位置,量出三個端點到結點O的距離分別為L1=9.20 cm、L2= 8.40 cm、L3=7.50 cm。請根據(jù)他們的實驗過程和記錄的數(shù)據(jù)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。,圖丙,圖丁,答案 ①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 ②B ③ACE ④ F' ⑤如圖所示,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。 解析 ①為保證兩次拉動橡皮條的效果相同,需使兩次繩套跟橡皮條,的結點到達同一個位置,并及時記錄力的大小和方向。 ②本實驗中,一個測力計的作用效果跟兩個測力計共同作用的效果相 同,是典型的等效替代。 ③細繩長些有利于標定力的方向,但不必等長,故B項錯誤;為減小讀數(shù) 誤差,測力計的示數(shù)可適當大些,而非示數(shù)之差較大,故D項錯誤。 ④由二力平衡條件易知F'沿AO方向。 ⑤由胡克定律可知橡皮條的彈力跟伸長量成正比,所以橡皮條的伸長量 反映橡皮條的拉力,故可用橡皮條的伸長量代替彈力。,