2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn)2 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件1 新人教版必修1.ppt

實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證力的平行四邊形定則,【實(shí)驗(yàn)過程】 一、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。 2.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細(xì)繩套。,3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2,用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時兩細(xì)繩套的方向。,4.只用一只彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)F和細(xì)繩套的方向。 5.改變兩個力F1與F2的大小和夾角再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。,二、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)繩套的方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點(diǎn)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(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的F的方向作出這只彈簧測力計的拉力F的圖示。 3.比較F和用平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同。,【實(shí)驗(yàn)探究】 1.在實(shí)驗(yàn)中,每次都必須保證結(jié)點(diǎn)的位置保持不變,這體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法?若僅保持兩次橡皮條的伸長長度相同而不使橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置,能否驗(yàn)證平行四邊形定則?,提示:(1)每次實(shí)驗(yàn)必須保證結(jié)點(diǎn)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)中等效替代的思想方法。 (2)由于力是矢量,不僅有大小,還有方向,若兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點(diǎn)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(yàn)證平行四邊形定則。,2.本實(shí)驗(yàn)中對兩只彈簧測力計有何要求?使用時應(yīng)注意哪些問題? 提示:(1)本實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計的選取方法:將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換或調(diào)校,直至相同為止。,(2)使用彈簧測力計測力時,讀數(shù)應(yīng)盡量大些,但不能超出它的測量范圍。 (3)被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致,拉動時彈簧及掛鉤不可與外殼相碰以避免產(chǎn)生摩擦。 (4)讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度。,3.本實(shí)驗(yàn)中哪些方面容易導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生?如何減小誤差? 提示:(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;彈簧測力計指示數(shù)值在允許的情況下,盡量大一些,讀數(shù)時視線要垂直于刻度盤,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:嚴(yán)格作圖,作圖時兩力的對邊一定要平行;實(shí)驗(yàn)中不要把F1、F2間的夾角取得太大,但也不宜過小,以60到120之間為宜;在同一次實(shí)驗(yàn)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。,類型1 實(shí)驗(yàn)原理及注意事項 【典例1】某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,測得圖中彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/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1.00cm不變的條件下,(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)_(選填“變大”“變小”或“不變”)。,【解題指南】解答本題時應(yīng)從以下兩點(diǎn)進(jìn)行分析: (1)彈簧秤a、b間夾角為90,已知兩個力的大小和方向,運(yùn)用平行四邊形法則求出b的大小。 (2)本題中O點(diǎn)的位置不變,OC的大小和方向不變,Oa和OC的夾角不變,即Oa拉力的方向不變,彈簧秤a、b間夾角大于90,應(yīng)用矢量三角形畫出動態(tài)分析圖最簡便。,【解析】(1)從圖可知指針示數(shù)為3.00N,考慮到誤差范 圍,3.003.02N均算對。彈簧OC的勁度系數(shù)為500N/m, 彈簧伸長1.00cm,FOC=kx=5000.01N=5.0N。 另一分力Fb= =4.0N。,(2)若彈簧秤a、b間夾角大于90,彈簧OC的力的大小和方向不變,保持彈簧秤a與彈簧OC的夾角不變,就是彈簧秤a的方向不變,減小彈簧秤b與彈簧OC的夾角時,三個力的關(guān)系如圖,則可知彈簧秤a的讀數(shù)變大,彈簧秤b的讀數(shù)變大。,答案:(1)3.003.023.94.1(有效數(shù)字不作要求) (2)變大變大,類型2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 【典例2】(2015山東高考)某同學(xué)通過下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則。實(shí)驗(yàn)步驟: 將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上,使其軸線沿 豎直方向。,如圖甲所示,將環(huán)形橡皮筋一端掛在 彈簧秤的秤鉤上,另一端用圓珠筆尖豎 直向下拉,直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定 值時,將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1、O2,記錄彈簧秤 的示數(shù)F,測量并記錄O1、O2間的距離(即橡皮筋的長,度l)。每次將彈簧秤示數(shù)改變0.50N,測出所對應(yīng)的l,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示: 找出中F=2.50N時橡皮筋兩端的位置,重新標(biāo)記為O、O,橡皮筋的拉力記為F。,在秤鉤上涂抹少許潤滑油,將橡皮筋搭在秤鉤上,如圖乙所示。用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時拉橡皮筋的兩端,使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn),將兩筆尖的位置標(biāo)記為A、B,橡皮筋OA段的拉力記為FOA,OB段的拉力記為FOB。,完成下列作圖和填空: (1)利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙上畫出F-l圖線,根據(jù)圖線求得l0=_cm。,(2)測得OA=6.00cm,OB=7.60cm,則FOA的大小為_N。 (3)根據(jù)給出的標(biāo)度,作出FOA和FOB的合力F的圖示。,(4)通過比較F與_的大小和方向,即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。,【解析】(1)F-l圖線的橫軸截距表示F=0時橡皮筋l的值,因此F-l圖線的橫軸截距即表示橡皮筋原長,l0= 10.0cm。 (2)橡皮筋總長度l=6.00cm+7.60cm=13.60cm,在F-l圖線上找到與13.60cm對應(yīng)的彈力F=1.80N。 (3)根據(jù)平行四邊形定則,作出平行四邊形并求出對角線表示的力F。,(4)因?yàn)镕是根據(jù)平行四邊形定則求出的,FOO是實(shí)際測量出的,如果在誤差允許范圍內(nèi),F與FOO近似相等,就驗(yàn)證了平行四邊形定則。,答案:(1)如圖所示 10.00(9.80、9.90、10.10均正確) (2)1.80(1.701.90均正確),(3)如圖所示 (4)FOO,類型3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計 【典例3】有同學(xué)利用如圖所示的裝置來驗(yàn) 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(jié)O,每個鉤碼的質(zhì)量相等,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時,根據(jù)鉤碼個數(shù)確定3根繩子的拉力TOA、TOB和TOC,回答下列問題:,(1)改變鉤碼個數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?) 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,最重要的兩個步驟是() A.標(biāo)記結(jié)點(diǎn)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.記錄鉤碼個數(shù)N1、N2、N3 E.用天平測出鉤碼的質(zhì)量,(3)在作圖時,你認(rèn)為如圖中_(選填“甲”或“乙”)是正確的。,【解析】(1)實(shí)驗(yàn)中分力與合力的關(guān)系必須滿足:|TOA-TOB|TOCTOA+TOB,因此,B、C、D是可以的。 (2)鉤碼的個數(shù)可代表所研究各力的大小,在拆下鉤碼和繩子前記下O點(diǎn)的位置和OA、OB和OC三段繩子拉力的方向,即可驗(yàn)證力的平行四邊形定則,故A、D正確。,(3)OC繩拉力TOC一定是豎直的,其反向延長線應(yīng)是OA和OB兩繩拉力TOA、TOB合力方向(理論值),但考慮實(shí)驗(yàn)誤差的存在,作圖后可能會有所偏離,故甲是正確的。 答案:(1)B、C、D(2)A、D(3)甲,