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1、实验3验证力的平行四边形定则-2-一、实验目的1.验证力的平行四边形定则。2.理解等效替代思想的应用。二、实验原理1.等效法:一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点所以一个力F就是这两个力F1和F2的合力作出力F的图示如图所示。2.平行四边形法:根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示。3.验证:比较F和F的大小和方向是否相同若在误差允许的范围内相同则验证了力的平行四边形定则。-3-三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)。四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.
2、用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上的A点橡皮条的另一端拴上两个细绳套。-4-3.用两只弹簧测力计a、b分别钩住细绳套互成角度地拉橡皮条使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O如图所示。记录两弹簧测力计的读数用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。4.只用一只弹簧测力计c通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向再重做实验两次。-5-五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示并以F1和F2为邻边作平行四边形过O点画平行四边形的对角线此对角线即为合力F的图示。
3、2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计c的拉力F的图示。3.比较F与F是否完全重合或几乎重合从而验证平行四边形定则。-6-六、误差分析1.系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差为此要选择比较准确的弹簧测力计。2.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差需要多做几次实验并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。3.减小误差的办法:(1)实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板使表示两力的对边一定要平行。-7-七、注意事项1.使用弹簧测力计前要先观察指针是否指在零刻度处若指针不在零刻度处
4、要设法调整使其指在零刻度处再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起向相反方向拉如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时夹角不宜太大也不宜太小在60100之间为宜。5.在用力拉弹簧测力计时拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。6.在同一实验中画力的图示选定的标度要相同并且要恰当选定标度使力的图示稍大一些。-8-考点一考点二考点三考点一实验原理与操作例1(2016湖南长沙
5、模拟)某同学做验证力的平行四边形定则的实验如图甲所示A为固定橡皮条的图钉O为橡皮条与细绳的结点OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。-9-考点一考点二考点三(1)如果没有操作失误图乙中的F与F两力中方向一定沿AO方向的是。(2)本实验采用的科学方法是。A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法(3)实验时主要的步骤:A.在桌上放一块方木板在方木板上铺一张白纸用图钉把白纸钉在方木板上B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点在橡皮条的另一端拴上两条细绳细绳的另一端系着绳套C.用两个弹簧测力计分别钩住绳套互成角度地拉橡皮条使橡皮条伸长结点到达某一位置O记录下O点的位
6、置读出两个弹簧测力计的示数-10-考点一考点二考点三D.按选好的标度用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示并用平行四边形定则求出合力FE.只用一只弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条使其伸长读出弹簧测力计的示数记下细绳的方向按同一标度作出这个力F的图示F.比较F和F的大小和方向看它们是否相同得出结论。上述步骤中有重要遗漏的步骤的序号是和遗漏的内容分别是和。答案解析解析关闭(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向两根弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力由于误差的存在不一定沿AO方向故一定沿AO方向的是F。(2)一个力的作用效果与两个力
7、的作用效果相同它们的作用效果可以等效替代故B正确。(3)有重要遗漏的步骤的序号是C、E。在C中未记下两条细绳的方向E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。答案解析关闭(1)F(2)B(3)CEC中应加上“记下两条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”-11-考点一考点二考点三规律总结操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置)用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。-12-考点一考点二考点三考点二数据处理与误差分析例2某同学通过下
8、述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上使其轴线沿竖直方向。-13-考点一考点二考点三如图甲所示将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上另一端用圆珠笔尖沿竖直方向下拉直到弹簧测力计示数为某一设定值时将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2记录弹簧测力计的示数F测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50N测出所对应的l部分数据如下表所示:找出中F=2.50N时橡皮筋两端的位置重新标记为O、O橡皮筋的拉力记为FOO。-14-考点一考点二考点三在挂钩上涂抹少许润滑油将橡皮筋搭在挂钩上如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的
9、两端使挂钩的下端达到O点将两笔尖的位置标记为A、B橡皮筋OA段的拉力记为FOAOB段的拉力记为FOB。-15-考点一考点二考点三完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在图丙所示的坐标纸上画出F-l图线根据图线求得l0=cm。-16-考点一考点二考点三(2)测得OA=6.00cmOB=7.60cm则FOA的大小为N。(3)根据给出的标度在图丁中作出FOA和FOB的合力F的图示。(4)通过比较F与的大小和方向即可得出实验结论。-17-考点一考点二考点三解析：(1)作出F-l图线由F=k(l-l0)可得直线与横轴的截距即为l0由图可知l0=10.0cm。(2)由题干表格可知F=1.50N时l=13.
10、00cm则弹簧的劲度系数k=50Nm若OA=6.00cmOB=7.60cm则橡皮筋拉力FOA=kL=50(6.00+7.60-10.00)10-2N=1.80N。(3)见答案(4)由图可知F为作图法所得到的合力FOO为真实合力F与FOO不完全重合存在一定误差但在误差允许范围内可得出实验结论。-18-考点一考点二考点三答案：(1)如图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)。(2)1.80(1.701.90均正确)。(3)如图乙所示。(4)FOO。-19-考点一考点二考点三规律总结1.数据处理作图法在探究求合力的方法实验中由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F不可能完全重合只要在误差
11、范围内可以认为合力F与合力F重合即可验证平行四边形定则如图所示。2.误差分析(1)用两个弹簧测力计拉橡皮条时橡皮条、细绳和弹簧测力计不在同一个平面内这样得到的两个弹簧测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力要小。(2)结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准造成作图的误差。(3)作图比例不恰当造成作图误差。-20-考点一考点二考点三考点三实验的改进与创新本实验一般是在教材实验原理的基础上以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重器材变化后对分力和合力的分析判断能力的培养要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。-21
12、-考点一考点二考点三1.实验器材的变化如图-22-考点一考点二考点三2.分力和合力的变化(1)分力的获得:弹簧测力计的拉力钩码的重力。(2)合力的获得:弹簧测力计的拉力重物的重力钩码的重力。-23-考点一考点二考点三例3有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有白纸固定两个光滑的滑轮A和B将绳子打一个结点O每个钩码的重力相等当系统达到平衡时根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3。回答下列问题:-24-考点一考点二考点三(1)改变钩码个数实验能完成的是(填正确答案标号)。A.钩码的个数N1=N2=2N3=4B.钩码的个数N1=N3=3N2=4C.钩码的个数N1=N
13、2=N3=4D.钩码的个数N1=3N2=4N3=5(2)在拆下钩码和绳子前最重要的一个步骤是(填正确答案标号)。A.标记结点O的位置并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度C.用量角器量出三段绳子之间的夹角D.用天平测出钩码的质量-25-考点一考点二考点三(3)在作图时你认为下图中(选填“甲”或“乙”)是正确的。答案解析解析关闭(1)实验中的分力与合力的关系必须满足|F1-F2|F3F1+F2因此B、C、D选项是可以的。(3)实验中F3是竖直向下的。答案解析关闭(1)BCD(2)A(3)甲-26-考点一考点二考点三例4图甲是验证力的平行四边形定则的实验装置。实
14、验操作如下:-27-考点一考点二考点三(1)弹簧测力计A挂于固定点P下端用细线挂一重物M测量并记录为F。(2)弹簧测力计B的一端用细线系于O点手持另一端向左拉使结点O静止在某位置(如图所示)此时需记下结点O的位置和两测力计的示数F1、F2以及。(3)某同学已在图乙纸上作出了F1、F2的图示请根据力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F。(4)改变两细线的夹角重复做实验几次。若F的方向近似在方向上且大小近似等于F则平行四边形定则得以验证。答案答案关闭-28-211.某同学在做验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则实验时把橡皮条的一端用图钉固定于P点同时用两个弹簧测力计将橡皮条的另一端拉到位置O
15、这时两弹簧测力计的示数分别为FA=3.5N、FB=4.0N其位置记录如图甲所示。若橡皮条的活动端仅用一个弹簧测力计拉着也把它拉到O点位置弹簧测力计的示数为FC=6.0N。-29-21(1)用5mm表示1N在图乙中作出力FA、FB和FC的图示。(2)根据平行四边形定则在图乙中作出FA和FB的合力FF的大小为N。(3)实验的结果是否能验证平行四边形定则(选填“能”或“不能”)。答案解析解析关闭答案解析关闭-30-212.小明通过实验验证力的平行四边形定则。(1)实验记录纸如图甲所示O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置两弹簧测力计共同作用时拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点用一个弹簧测力计拉橡皮筋时
16、拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。(2)仔细分析实验小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度发现读数不相同于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。-31-21实验装置如图乙所示将一张白纸固定在竖直放置的木板上橡皮筋的上端固定于O点下端N挂一重物用与白纸平行的水平力缓慢地移动N在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程再次记录下N的轨迹。两次实验记录的轨迹如图丙所示过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为。-32-21(3)根据(2)中的实验可以得出的实验结果有哪些(填写选项前的字母)()A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比B.两次受到的拉力相同时橡皮筋第2次的长度较长C.两次被拉伸到相同长度时橡皮筋第2次受到的拉力较大D.两次受到的拉力相同时拉力越大橡皮筋两次的长度之差越大(4)根据小明的上述实验探究请对验
