第二章 学案10 实验 探究力的平行四边形定则（整理）

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1、学 海 无 涯 实验实验 学案学案 10 探究力的平行四边形定则探究力的平行四边形定则 实验目的 1 学会用弹簧测力计和细线测出力的大小与方向 2 运用力的图示法探究互成角度的两个共点力合成时遵循平行四边形定则 实验原理 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 所以力 F 就是这两个力 F1和 F2的合力 作出力 F 的图示 再根据平行 四边形定则作出力 F1和 F2的合力 F 的图示 比较 F 和 F 的大小和方向是否相同 若 相同 则说明互成角度两个力合成时遵循 实验器材 方木板一块 白纸 弹簧测力计 两只 细绳套 两个 图钉 几个 细芯铅

2、笔 实验步骤 1 用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上 并用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点 橡皮条的另一端拴一短绳 细绳的另一端拴上两个细绳套 2 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长到某一位置 O 如图 1 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套的 方向 图 1 3 只用一只弹簧测力计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 4 用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳套方向画直线 按选定的标度作出这两只弹簧 测力计的读数 F1和 F2的图示 并以 F1和 F2为邻边用刻度尺作平行四边形 过 O

3、点画平 行四边形的对角线 此对角线即为合力 F 的图示 5 用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力 F 的 图示 6 比较一下 力 F 与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向是否相同 提示 每次实验保证结点位置保持不变 是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用 的效果相同 这是物理学中等效替换的思想方法 由于力不仅有大小 还有方向 若两 次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同 说明两次效果不同 不满足合力与分力的关 系 不能验证平行四边形定则 误差分析 1 用两个测力计拉橡皮条时 橡皮条 细绳和测力计不在同一个平面内 这样得到的两 个测力计的水平分力的实际

4、合力比由作图法得到的合力小 2 结点 O 的位置和两个测力计的方向画得不准 造成作图的误差 3 两个分力的起始夹角 太大 如大于 120 再重做两次实验 为保证结点 O 位置不 变 即保证合力不变 则 变化范围不大 因而测力计示数变化不显著 读数误差大 4 作图比例不恰当造成作图误差 注意事项 1 不要直接以橡皮条的端点为结点 可拴一短细绳连两细绳套 以三绳交点为结点 应 学 海 无 涯 使结点小些 以便准确地记录结点 O 的位置 2 使用弹簧秤前 应先调节零刻度 使用时不能超过量程 拉弹簧秤时 应使弹簧秤与 木板平行 被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致 拉动弹簧时不可与外壳相碰或 摩擦

5、3 在同一次实验中 橡皮条伸长时的结点位置要相同 4 两拉力 F1和 F2夹角不宜过小 作力的图示 标度要一致 5 读数时应正对 平视刻度 题型一题型一 实验原理与方法实验原理与方法 例 1 探究力的平行四边形定则 的实验如图 2 甲所示 其中 A 为固定橡皮筋的图 钉 O 为橡皮筋与细线的结点 OB 和 OC 为细绳 图 2 乙所示是在白纸上根据实验结 果画出的图 1 图 2 乙中的 是力 F1和 F2的合力的理论值 是力 F1和 F2的合力的实 际测量值 图 2 2 在实验中 如果将细绳也换成橡皮筋 那么实验结果是否会发生变化 答 选填 变 或 不变 3 本实验采用的科学方法是 A 理想实

6、验法 B 等效替代法 C 控制变量法 D 建立物理模型法 规范思维 题型二题型二 实验步骤的考查实验步骤的考查 例 2 某同学做 验证力的平行四边形定则 实验时的主要步骤是 A 在桌上平放一块方木板 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一短细绳 细绳 的另一端系上两个细绳套 C 用两个弹簧测力计分别钩住两个绳套 互成角度地拉橡皮条的同一结点 使橡皮条 伸长 结点到达某一位置 O 记录下 O 点的位置 读出两个弹簧测力计的示数 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 学 海

7、 无 涯 行四边形定则求出合力 F E 只用一个弹簧测力计 通过细绳套拉橡皮条使其伸长 读出弹簧测力计的示数 记 下细绳套的方向 按同一标度作出这个力 F 的图示 F 比较 F 与 F 的大小和方向 看它们是否相同 得出结论 上述步骤中 1 有重要遗漏的步骤的序号是 和 2 遗漏的内容分别是 和 规范思维 针对训练 2010 天津理综 9 2 在探究求合力的方法时 先将橡皮条的一端固定在水 平木板上 另一端系上带有绳套的两根细绳 实验时 需要两次拉伸橡皮条 一次是通 过两细绳用两个弹簧秤互成角度的拉橡皮条 另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条 实验对两次拉伸橡皮条的要求中 下列哪些说法是正确的

8、 填字母代号 A 将橡皮条拉伸相同长度即可 B 将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C 将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D 将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 同学们在操作过程中有如下讨论 其中对减小实验误差有益的说法是 填字母 代号 A 两细绳必须等长 B 弹簧秤 细绳 橡皮条都应与木板平行 C 用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧示数之差应尽可能大 D 拉橡皮条的细绳要长些 标记同一细绳方向的两点要远些 1 在做 互成角度的两个力的合成 实验时 橡皮条的一端固定在木板上 用两个弹簧 秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的 O 点 以下操作中错误的是 A 同一次实验过程中 O 点位置允许变动 B 实验中 弹簧秤必须与木

9、板平行 读数时视线要正对弹簧秤刻度 C 实验中 先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程 然后只需调节另一弹簧秤 拉力的大小和方向 把橡皮条另一端拉到 O 点 D 实验中 把橡皮条的另一端拉到 O 点时 两弹簧秤之间夹角应取 90 以便于算出 合力的大小 2 探究力的平行四边形定则的实验原理是等效原理 其等效性是指 A 使两分力与合力满足平行四边形定则 B 使两次橡皮筋与细绳套的结点都与某点 O 重合 C 使两次橡皮筋伸长的长度相等 D 使弹簧秤在两种情况下发生相同的形变 学 海 无 涯 3 2011 绍兴市质量调测 在 验证力的平行四边形定则 中 采取下列哪些方法和步骤 可减小实验误差 A

10、两个分力 F1 F2间的夹角要适当大些 B 两个分力 F1 F2的大小要适当大些 C 拉橡皮条的细绳要稍长一些 D 实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住 平放在桌子上 向相反方向拉动 检查读 数是否相同 图 3 4 某同学利用如图 3 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 每个钩码的重量相等 当系统达到 平衡时 根据钩码个数读出三根绳子的拉力 FTOA FTOB和 FTOC 回答下列问题 1 改变钩码个数 实验能完成的是 A 钩码个数 N1 N2 2 N3 4 B 钩码个数 N1 N3 3 N2 4 C 钩码个数 N1 N

11、2 N3 4 D 钩码个数 N1 3 N2 4 N3 5 2 在拆下钩码和绳子前 最重要的一个步骤是 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 3 在作图时 你认为图 4 中 是正确的 填 甲 或 乙 图 4 5 2009 山东 23 1 改编 请完成以下两小题 某同学在家中尝试验证平行四边形定则 他找到三条相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和若 干小重物 以及刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 设计了如下实验 将两条 橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A B 上

12、 另一端与第三条橡皮筋连接 结点为 O 将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 1 为完成该实验 下述操作中必需的是 a 测量细绳的长度 b 测量橡皮筋的原长 c 测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d 记录悬挂重物后结点 O 的位置 2 钉子位置固定 欲利用现有器材 改变条件再次验证 可采用的方法是 学 海 无 涯 图 5 6 2010 衡阳模拟 如图 5 所示 某小组同学利用 DIS 实验装置研究支架上力的分解 A B 为两个相同的双向力传感器 该型号传感器在受到拉力时读数为正 受到压力时读数 为负 A 连接质量不计的细绳 可沿固定的板做圆弧形移动 B 固定不动 通过光滑铰 链连接长 0 3 m

13、的杆 将细绳连接在杆右端 O 点构成支架 保持杆在水平方向 按如下 步骤操作 测量绳子与水平杆的夹角 AOB 对两个传感器进行调零 用另一绳在 O 点悬挂一个钩码 记录两个传感器读数 取下钩码 移动传感器 A 改变 角 重复上述实验步骤 得到表格 F1 1 001 0 580 1 002 F2 0 868 0 291 0 865 30 60 150 1 根据表格 A 传感器对应的表中力为 选填 F1 或 F2 钩码质量为 kg 保 留 1 位有效数字 2 本实验中多次对传感器进行调零 对此操作说明正确的是 A 因为事先忘记了调零 B 何时调零对实验结果没有影响 C 为了消除横杆自身重力对结果的

14、影响 D 可以完全消除实验的误差 7 在做 验证力的平行四边形定则的实验 中 在水平放置的木板上垫一张白纸 把橡 皮条的一端固定在 A 点上 另一端连接两根细线 然后通过细线用两个互成角度的弹簧 秤来拉橡皮条 使橡皮条伸长到某一点 O 此时需记录下 1 2 3 然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到 O 点后再记录下 4 5 6 如图 6 所示 是该同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图 请选 好比例在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理 图 6 8 2011 徐州市第三次调研测试 小明同学在学完力的合成与分解后 想在家里做 验证 力的平行四边形定则 的实验 他从学校的实验室里借来两

15、只弹簧测力计 按如下步骤 进行实验 A 在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向 B 在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯 记下静止时弹簧测力计的读数 F C 将一根大约 30 cm 长的细线从提带中穿过 再将细线两端拴在两只弹簧测力计的挂 钩上 在靠近白纸处用手对称地拉开细线 使两只弹簧测力计的读数相等 在白纸上记 学 海 无 涯 下细线的方向和弹簧测力计的读数 如图 7 甲所示 D 在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示 如图乙所示 根据力的平 行四边形定则可求出这两个力的合力 F 图 7 1 在步骤 C 中 弹簧测力计的读数为 N 2 在步骤 D 中 合力 F N 3

16、若 就可以验证力的平行四边形定则 9 将橡皮筋的一端固定在 A 点 另一端拴上两根细绳 每根细绳分别连着一个量程为 5 N 最小刻度为 0 1 N 的弹簧测力计 沿着两个不同的方向拉弹簧测力计 当橡皮筋的活 动端拉到 O 点时 两根细绳相互垂直 如图 8 所示 这时弹簧测力计的读数可从图中读 出 图 8 1 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N 2 在图 9 所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 图 9 3 图 10 A B 两图是两位同学得到的实验结果 其中哪一个图符合实际 若合力测量值 F 是准确的 则 F 与 F 有误差的原因可能是哪些 图 10 学 海 无 涯 实验学案实验学案 10 探究力的平行四边形定则探究力的平行四边形定则 基础自主落实 实验原理 同一点 平行四边形定则 实验器材 橡皮条 三角板 刻度尺 热点题型精析 例 1 F F 2 不变 3 B 解析 1 用平行四边形定则作图得到的是合力的理论值 即 F 直接测量得到的是合力 的实际测量值 即 F 2 细绳的作用是对结点 O 施加不同方向的拉力 F1 F2 换用橡皮筋拉结果是一样的 3