高中物理 第4章 力與平衡 第1節(jié) 力的合成（第2課時）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件 魯科版必修1.ppt

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第2課時 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證力的平行四邊形定則,填一填,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.練習(xí)用作圖法求兩個力的合力。 2.驗(yàn)證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.若用一個力F'或兩個力F1和F2共同作用都能把橡皮筋沿某一方向拉至相同長度,即力F'與F1、F2的共同作用效果相同,那么F'為F1、F2的合力。 2.用彈簧測力計(jì)分別測出F'和F1、F2的大小,并記下它們的方向,作出F'和F1、F2的圖示,以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形,其對角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。 3.比較F'與F,若它們的長度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相等,則可以證明平行四邊形定則的正確性。,,,,填一填,三、實(shí)驗(yàn)器材 方木板、白紙、彈簧測力計(jì)(兩只)、橡皮筋、細(xì)繩套、三角板、刻度尺、圖釘(若干)。 四、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.用圖釘把橡皮筋的一端固定在A點(diǎn),橡皮筋的另一端用兩根細(xì)線打一個結(jié)點(diǎn)B,兩根細(xì)線分別拴上一只測力計(jì)。 3.用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時兩細(xì)繩套的方向。,,,填一填,4.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩細(xì)繩套方向畫直線,按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的讀數(shù)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)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示。 5.只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向,用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計(jì)的拉力F'的圖示。,,,填一填,6.比較力F'與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。 7.改變兩個力F1與F2的大小和夾角,再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。 五、誤差分析 1.存在誤差的原因:彈簧測力計(jì)本身的誤差、讀數(shù)誤差、作圖誤差等。 2.減小誤差的方法。 (1)實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時眼睛一定要正視彈簧測力計(jì)的刻度,要按有效數(shù)字和彈簧測力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄。 (2)作圖時用刻度尺借助于三角板,使表示兩個力的對邊一定要平行。,,,,探究一,探究二,實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟 【例題1】 導(dǎo)學(xué)號93960063根據(jù)“驗(yàn)證平行四邊形定則”的有關(guān)原理和實(shí)驗(yàn)要求,完成下面的問題: (1)本實(shí)驗(yàn)中所說的合力與兩個共點(diǎn)力具有相同的效果,是指下列說法中的( ) A.彈簧測力計(jì)的彈簧被拉長 B.固定橡皮筋的圖釘受拉力產(chǎn)生形變 C.細(xì)繩套受拉力產(chǎn)生形變 D.使橡皮筋在某一方向伸長同樣的長度,探究一,探究二,(2)某同學(xué)做“驗(yàn)證平行四邊形定則”時,主要步驟是: A.在桌上放一塊方木板,在木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙固定在木板上。 B.用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上的A點(diǎn),在橡皮筋的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套。 C.用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮筋,使其伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置時,記下該位置為O點(diǎn),記錄兩只彈簧測力計(jì)的示數(shù)。 D.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力F。 E.只用一只彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮筋使其伸長某一長度,讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個力F'的圖示。,探究一,探究二,F.比較F'和F的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論。 上述步驟中,有重要遺漏的步驟的序號是 和 ,遺漏的內(nèi)容分別是 和 。 解析:(1)合力與兩個共點(diǎn)力具有相同的效果是通過橡皮筋伸長相同的長度體現(xiàn)的,為便于圖示法比較F'和F的大小和方向,力的圖示的始端應(yīng)在同一位置,所以實(shí)驗(yàn)應(yīng)使橡皮筋在某一方向伸長同樣的長度,D選項(xiàng)正確。 (2)作力的圖示必須知道力的方向,步驟C中遺漏“記下兩個拉力的方向”。只用一只彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮筋時,為使合力與兩個共點(diǎn)力具有相同的效果,應(yīng)是使結(jié)點(diǎn)到達(dá)位置O,步驟E中遺漏了這一內(nèi)容。 答案:(1)D (2)C E 記錄拉力的方向 使結(jié)點(diǎn)仍然被拉到O點(diǎn),探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時,橡皮筋的一端固定在木板上,用兩只彈簧測力計(jì)把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到某一確定的點(diǎn)O,以下操作中正確的是( ) A.同一次實(shí)驗(yàn)過程中,O點(diǎn)位置允許變動 B.實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計(jì)必須保持與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計(jì)刻度 C.實(shí)驗(yàn)中,先將其中一個彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)整另一只彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,把橡皮筋另一端拉到O點(diǎn) D.實(shí)驗(yàn)中,把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時,兩只彈簧測力計(jì)之間夾角必須取90°,以便于算出合力大小,探究一,探究二,解析:本實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)中有嚴(yán)格的要求,結(jié)點(diǎn)O不允許隨便移動,同時彈簧測力計(jì)不要達(dá)到最大量程,因?yàn)橐恢贿_(dá)到最大,另一只將無法調(diào)整。而平行四邊形定則當(dāng)然不只適用于夾角為90°的情形。只有選項(xiàng)B是符合實(shí)驗(yàn)要求的。 答案:B,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,探究一,探究二,誤差分析及數(shù)據(jù)處理 【例題2】 導(dǎo)學(xué)號93960064在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,在水平放置的木板上墊一張白紙,把橡皮筋的一端固定在A點(diǎn)上,另一端連接兩根細(xì)線,然后通過細(xì)線用兩個互成角度的彈簧測力計(jì)來拉橡皮筋,使橡皮筋伸長到某一點(diǎn)O,記錄下兩只彈簧測力計(jì)的示數(shù)及兩根細(xì)線的方向,此時兩只彈簧測力計(jì)的拉力分別記為F1和F2;然后改用一只彈簧測力計(jì)把橡皮筋拉到O點(diǎn)后再記錄下彈簧測力計(jì)的示數(shù)及細(xì)線的方向,此時彈簧測力計(jì)的拉力記為F'。 (1)(多選)實(shí)驗(yàn)對兩次拉伸橡皮筋的要求中,下列說法正確的是 (填字母代號)。 A.將橡皮筋拉伸相同長度即可 B.將橡皮筋沿相同方向拉到相同長度 C.將彈簧測力計(jì)都拉伸到相同刻度即可 D.將橡皮筋和細(xì)線的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置,探究一,探究二,(2)(多選)同學(xué)們在操作過程中有如下議論,其中對減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是 (填字母代號)。 A.兩細(xì)線必須等長 B.彈簧測力計(jì)、細(xì)線、橡皮筋都應(yīng)與木板平行 C.用兩只彈簧測力計(jì)同時拉細(xì)線時,兩彈簧測力計(jì)示數(shù)之差應(yīng)盡可能大 D.拉橡皮筋的細(xì)線要長些,標(biāo)記同一細(xì)線方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些 (3)如圖是某同學(xué)完成驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)操作后得到的數(shù)據(jù)圖,圖中的小圓點(diǎn)分別用來記錄的是O點(diǎn)的位置以及每次細(xì)線的方向。請你選擇合適標(biāo)度,用力的圖示法作圖完成該同學(xué)未完成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。,探究一,探究二,解析:(1)實(shí)驗(yàn)中兩次拉伸橡皮筋時,應(yīng)要求兩次的作用效果完全相同,即橡皮筋被拉伸的方向、長度完全相同,所以選B、D。 (2)對減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的做法是B、D。B做法能保證分力與合力在同一平面內(nèi),減小了作圖誤差;D做法能保證分力的方向測量更準(zhǔn)確,減小了測量誤差。實(shí)驗(yàn)時兩細(xì)線不必等長,兩只彈簧測力計(jì)的示數(shù)也不一定要求相差較大,所以B、D正確。 (3) 答案:(1)BD (2)BD (3)見解析,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 將橡皮筋的一端固定在A點(diǎn),另一端拴上兩根細(xì)繩,每根細(xì)繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計(jì),每個沿著不同的方向拉彈簧測力計(jì)。當(dāng)橡皮筋的活動端拉到O點(diǎn)時,兩根細(xì)繩相互垂直,如圖甲所示。這時彈簧測力計(jì)讀數(shù)可從圖中讀出。,探究一,探究二,(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N。 (2)在圖乙中的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力。,探究一,探究二,解析:兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù)分別為4.00 N和2.50 N,作出合力如圖所示。 答案:(1)4.00 2.50 (2)見解析圖,探究一,探究二,探究一,探究二,1 2 3 4 5,,,,,,1.在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,以下說法中正確的是( ) A.用兩只彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時,兩細(xì)繩之間的夾角必須為90°,以便求出合力的大小 B.用兩只彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時,結(jié)點(diǎn)的位置必須與用一只彈簧測力計(jì)拉時結(jié)點(diǎn)的位置重合 C.若用兩只彈簧測力計(jì)拉時合力的圖示F與用一只彈簧測力計(jì)拉時拉力的圖示F'不完全重合,說明力的合成的平行四邊形定則不一定是普遍成立的 D.兩個分力間的夾角要盡量大些,1 2 3 4 5,,,,,,解析:理論上,細(xì)繩之間的夾角是任意的,不需要計(jì)算,可以用彈簧測力計(jì)和量角器測量力的大小和方向,選項(xiàng)A錯誤;前后兩次結(jié)點(diǎn)的位置相同,力的作用效果才相同,選項(xiàng)B正確;由于測量和作圖存在誤差,F'和F的方向不一定重合,實(shí)驗(yàn)可以證明,在誤差允許的范圍內(nèi),平行四邊形定則總是成立的,選項(xiàng)C錯誤;在實(shí)驗(yàn)中兩個分力的夾角不宜過大也不宜過小,所以選項(xiàng)D錯誤。 答案:B,1 2 3 4 5,,,,,,2.如圖所示,在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,使b彈簧測力計(jì)按圖示位置開始順時針緩慢轉(zhuǎn)動,若這一過程中保持O點(diǎn)位置不變和 a彈簧測力計(jì)的拉伸方向不變,則b彈簧測力計(jì)轉(zhuǎn)動過程中,a、b兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù)變化情況是( ) A.a增大,b減小 B.a減小,b增大 C.a減小,b先增大后減小 D.a減小,b先減小后增大,1 2 3 4 5,,,,,,解析:保持O點(diǎn)位置不變,說明合力的大小和方向保持不變;保持a彈簧測力計(jì)的拉伸方向不變,說明a彈簧測力計(jì)上的拉力方向不變;根據(jù)平行四邊形定則作出力的動態(tài)變化示意圖,如圖所示: 根據(jù)動態(tài)變化圖示可知,a減小,b先減小后增大,選項(xiàng)D正確。 答案:D,1 2 3 4 5,,,,,,3.做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn),在水平放置的木板上鋪一張白紙,把橡皮筋的一端固定在木板的A點(diǎn),橡皮筋的另一端拴上兩細(xì)繩套,如圖所示,兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度拉橡皮筋使之伸長,到達(dá)某一位置O時需記下 、 ,描下 ,再用一只彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮筋拉長,使結(jié)點(diǎn)到達(dá)位置 ,再記下 。 解析:因驗(yàn)證力的平行四邊形定則需要根據(jù)力的大小和方向作平行四邊形,所以必須記錄力的大小和方向,為保證合力和分力的效果相同,兩次必須使結(jié)點(diǎn)到達(dá)同一位置。,1 2 3 4 5,,,,,,答案:兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù) 兩細(xì)繩的方向 結(jié)點(diǎn)位置O O點(diǎn) 彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向,1 2 3 4 5,,,,,,4.某同學(xué)在做“互成角度的兩個力的合成”的實(shí)驗(yàn)時,利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位置O點(diǎn)以及兩只彈簧測力計(jì)拉力的大小,如圖所示。 (1)試在圖(a)中作出F1和F2的合力圖示,并用F表示此力。,1 2 3 4 5,,,,,,(2)(多選)有關(guān)此實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是 。 A.兩彈簧測力計(jì)的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測力計(jì)的拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O。這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計(jì)拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測力計(jì)的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測力計(jì)拉力的大小即可 (3)圖(b)所示是甲和乙兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時得到的結(jié)果,其中哪一個比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)?(力F'是用一只彈簧測力計(jì)拉時的圖示)答: (選填“甲”或“乙”)。,1 2 3 4 5,,,,,,解析:(1)如圖所示: (2)把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn)平衡時,兩彈簧測力計(jì)的拉力的合力與橡皮筋的拉力是一對平衡力,選項(xiàng)B錯誤;根據(jù)平行四邊形定則可知,兩分力可以大于其合力,橡皮筋的拉力與兩彈簧測力計(jì)的拉力的合力是一對平衡力,故選項(xiàng)A正確;兩次拉橡皮筋時將結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O,就是保證兩次拉力的作用效果相同,選項(xiàng)C正確;橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變說明合力不變,但若只改變其中一個分力的大小,根據(jù)平行四邊形定則可知,另一個分力的大小和方向必然改變,選項(xiàng)D錯誤。 (3)兩分力的合力的理論值應(yīng)該是以兩分力為鄰邊的平行四邊形的對角線,用一只彈簧測力計(jì)拉橡皮筋的力的方向應(yīng)該與橡皮筋的形變方向一致,因此甲圖較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)。 答案:(1)見解析 (2)AC (3)甲,1 2 3 4 5,,,,,,5.在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時: (1)除已有的器材(方木板、白紙、彈簧測力計(jì)、細(xì)繩套、刻度尺、圖釘和鉛筆)外,還必須有 和 。 (2)要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果,必須( ) A.每次將橡皮筋拉到同樣的位置 B.每次把橡皮筋拉直 C.每次準(zhǔn)確讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù) D.每次記準(zhǔn)細(xì)繩的方向 (3)為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,減小誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意些什么? 。,1 2 3 4 5,,,,,,(4)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩結(jié)點(diǎn)的位置。圖中 是力F1與F2的合力的理論值; 是力F1與F2的合力的實(shí)驗(yàn)值。通過把 和 的大小和方向進(jìn)行比較,驗(yàn)證平行四邊形定則。,1 2 3 4 5,,,,,,解析:(1)缺少器材有橡皮筋、三角板(用來作平行四邊形)。 (2)相同的效果體現(xiàn)在將橡皮筋拉到同一位置,故A對。 (3)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意:①選用彈性小的細(xì)繩;②橡皮筋、細(xì)繩和彈簧測力計(jì)的軸應(yīng)在同一平面上,且與板面平行貼近等。 (4)略。 答案:(1)橡皮筋 三角板 (2)A (3)見解析 (4)F F' F F',