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實驗三 驗證力的平行四邊形定則,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．減小誤差的方法 (1)結點O ①定位O點時要力求準確。 ②同一次實驗中橡皮條拉長后的O點必須保持不變。,(2)拉力 ①用彈簧秤測拉力時要使拉力沿彈簧秤軸線方向。 ②應盡量使橡皮條、彈簧秤和細繩套位于與紙面平行的同一平面內。 ③兩個分力F1、F2間的夾角θ不要太大或太小。 (3)作圖 ①在同一次實驗中，選定的比例要相同。 ②嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形，求出合力。,注意事項 操作不忘“三”“二”“一” 用兩個彈簧秤拉橡皮條時的“三記錄”(記錄兩彈簧秤示數(shù)、兩細繩方向和結點O的位置)，用一個彈簧秤拉橡皮條時的“二記錄”(記錄彈簧秤示數(shù)和細繩方向)及“一注意”(結點O的位置必須在同一位置)等。,熱點一 實驗過程、數(shù)據(jù)處理及實驗結果分析 【例1】 (2014江蘇卷，11)小明通過 實驗驗證力的平行四邊形定則。 (1)實驗記錄紙如圖1所示，O點為 橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩 彈簧測力計共同作用時，拉力F1和 F2的方向分別過P1和P2點；一個彈 簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點。三個力的大小分別為：F1＝3.30 N、F2＝3.85 N和F3＝4.25 N。請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力。,圖1,(2)仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。 實驗裝置如圖2所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程，再次記錄下N的軌跡。,圖2 圖3,兩次實驗記錄的軌跡如圖3所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關系為________。 (3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結果有哪些？________。(填寫選項前的字母) A．橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B．兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長 C．兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大 D．兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。,(4)從能在記錄紙上完成實驗的角度考慮有：橡皮筋不易過長，O點位置應靠近木板邊緣，所選標度不能過小或過大等；從能測出拉力及減小相對誤差角度考慮有：拉力不宜過大或過小，兩力之間夾角不宜過大或過小等；從能保證兩次測量中力的作用效果相同的角度來考慮有：選用新的、彈性好的橡皮筋或換用彈性好的輕彈簧等。 答案 (1)見下圖，F(xiàn)合＝4.6～4.9都算對,(2)Fa＝Fb (3)BD (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋。(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的輕彈簧。),【變式訓練】 1．小明同學在學完力的合成與分解后，想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則。他從學校的實驗室里借來兩只彈簧測力計，按如下步驟進行實驗。,圖4,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長的細線從可懸掛水杯的環(huán)中穿過，再將細線兩端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，使兩個彈簧測力計的讀數(shù)相等，在白紙上記下細線的方向和彈簧測力計的讀數(shù)，如圖4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)因為彈簧測力計最小刻度為0.1 N， 所以需要估讀到下一位，故讀數(shù)為3.00 N； (2)如圖所示，通過作平行四邊形，找到對 角線，用刻度尺量取其長度，跟所取的標度 比較得出結果，約為5.2 N；(3)根據(jù)水杯受 力平衡知，若F′近似在豎直方向，且數(shù)值與F近似相等，則可驗證力的平行四邊形定則的正確性。 答案 (1)3.00 (2)5.2 (3)F′近似在豎直方向，且數(shù)值與F近似相等,熱點二 拓展創(chuàng)新實驗 探究高考創(chuàng)新命題視角 以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)拓展性、開放性、探究性等特點。 視角1 考查對實驗原理的理解、實驗方法的遷移,【例2】 (2014石家莊二模)某同學找到一條遵循胡克定律的橡皮筋來驗證力的平行四邊形定則，設計了如下實驗：,圖5,①將橡皮筋的兩端分別與兩條細線相連，測出橡皮筋的原長； ②將橡皮筋一端用細線固定在豎直板上的M點，在橡皮筋的中點O再用細線系一重物，重物自然下垂，如圖5甲所示； ③將橡皮筋另一端用細線固定在豎直板上的N點，如圖乙所示。 為完成實驗，下述操作中必需的是________(填正確答案標號)。 A．橡皮筋兩端連接的細線長度必須相同 B．要測量圖甲中橡皮筋Oa和圖乙中橡皮筋Oa、Ob的長度,C．M、N兩點必須在同一高度處 D．要記錄圖甲中O點的位置及過O點的豎直方向 E．要記錄圖乙中結點O的位置、過結點O的豎直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向,解析 由于橡皮筋的彈力大小與形變量成正比，故可以用橡皮筋的形變量等效替代彈力大小來作平行四邊形進行實驗驗證，與連接橡皮筋的細線長度無關，故本題需要測量橡皮筋的原長以及被重物拉伸后的長度，A選項錯誤，B選項正確；題圖甲、乙中重物最終受力平衡，驗證的依據(jù)為共點力的平衡，物體的平衡與否與M、N兩點是否在同一高度無關，C選項錯誤；題圖甲中的O點位置并不需要記錄，受力平衡時橡皮筋的拉力一定在豎直方向，需要記錄的是橡皮筋被拉伸后的長度及橡皮筋的原長，D選項錯 誤；對題圖乙需要作出MO與NO的合力大小和方向與實際合力進行對比，故需要記錄過結點O的豎直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向，E選項正確。 答案 BE,【變式訓練】 2.有同學利用如圖6所示的裝置來驗證力的 平行四邊形定則：在豎直木板上鋪有白 紙，固定兩個光滑的滑輪A和B，將繩子 打一個結點O，每個鉤碼的重量相等， 當系統(tǒng)達到平衡時，根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出 三根繩子的拉力F1、F2和F3，回答下列問題：,圖6,(1)改變鉤碼個數(shù)，實驗能完成的是____(填正確答案標號)。 A．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4 B．鉤碼的個數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4 C．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝N3＝4 D．鉤碼的個數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是______(填正確答案標號)。 A．標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C．用量角器量出三段繩子之間的夾角 D．用天平測出鉤碼的質量,(3)在作圖時，你認為圖7中________是正確的。(填“甲”或“乙”),圖7,解析 (1)實驗中的分力與合力的關系必須滿足： |F1－F2|≤F3≤F1＋F2，因此B、C、D選項是可以的。 (3)實驗中F3是豎直向下的。 答案 (1)BCD (2)A (3)甲,