《高考物理一轮复习 第2章 相互作用 实验3 验证力的平行四边形定则课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 第2章 相互作用 实验3 验证力的平行四边形定则课件.ppt（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验三验证力的平行四边形定则实验三验证力的平行四边形定则误差分析误差分析1.误差来源误差来源除除弹簧簧测力力计本身的本身的误差外，差外，还有有读数数误差、作差、作图误差等。差等。2.减小误差的方法减小误差的方法(1)结点点O定位定位O点点时要力求准确。要力求准确。同一次同一次实验中橡皮条拉中橡皮条拉长后的后的O点必点必须保持不保持不变。(2)拉力拉力用用弹簧簧测力力计测拉力拉力时要使拉力沿要使拉力沿弹簧簧测力力计轴线方向。方向。应尽尽量量使使橡橡皮皮条条、弹簧簧测力力计和和细绳套套位位于于与与纸面面平平行行的的同同一平面内。一平面内。两个分力两个分力F1、F2间的的夹角角不要太大或太小。不要太
2、大或太小。(3)作作图在同一次在同一次实验中，中，选定的比例要相同。定的比例要相同。严格按力的格按力的图示要求和几何作示要求和几何作图法作出平行四法作出平行四边形，求出合力。形，求出合力。注意事项注意事项操作不忘操作不忘“三三”“”“二二”“”“一一”用两个用两个弹簧簧测力力计拉橡皮条拉橡皮条时的的“三记录三记录”(记录两两弹簧簧测力力计示数、示数、两两细绳方向和方向和结点点O的位置的位置)，用一个，用一个弹簧簧测力力计拉橡皮条拉橡皮条时的的“二记录二记录”(记录弹簧簧测力力计示数和示数和细绳方向方向)及及“一注意一注意”(结点点O的位的位置必置必须在同一位置在同一位置)等。等。热点一实验原理
3、及实验操作热点一实验原理及实验操作【例【例1】(2015安徽理综，安徽理综，21，)在在“验证力力的平行四的平行四边形定形定则”实验中，某同学用中，某同学用图钉把把白白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮套系在橡皮条的另一端。用两个条的另一端。用两个弹簧簧测力力计分分别拉住两拉住两个个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸伸长，结点到达点到达纸面上某一位置，如面上某一位置，如图1所示。所示。请将以下的将以下的实验操作和操作和处理理补充完整：充完整：图图1用用铅笔描下笔
4、描下结点位置，点位置，记为O；记录两两个个弹簧簧测力力计的的示示数数F1和和F2，沿沿每每条条细绳(套套)的的方方向向用用铅笔分笔分别描出几个点，用刻度尺把相描出几个点，用刻度尺把相应的点的点连成成线；只只用用一一个个弹簧簧测力力计，通通过细绳套套把把橡橡皮皮条条的的结点点仍仍拉拉到到位位置置O，记录测力力计的示数的示数F3，_；按照力的按照力的图示要求，作出拉力示要求，作出拉力F1、F2、F3；根据力的平行四根据力的平行四边形定形定则作出作出F1和和F2的合力的合力F；比比较_的的一一致致程程度度，若若有有较大大差差异异，对其其原原因因进行行分分析析，并作出相并作出相应的改的改进后再次后再次
5、进行行实验。解解析析步步骤骤中中应应记记录录此此时时拉拉力力的的大大小小和和方方向向，结结合合步步骤骤的的操操作作，中中横横线线应应填填写写：沿沿此此时时细细绳绳(套套)的的方方向向用用铅铅笔笔描描出出几几个个点点，用用刻刻度度尺尺把把这这些些点点连连成成直直线线。步步骤骤要要验验证证平平行行四四边边形形定定则则，需需要要比比较较F与与F3的的大大小小，方方向向是是否否一一致致，故故中中横横线线应应填写：填写：F和和F3答案答案沿此沿此时细绳(套套)的方向用的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺笔描出几个点，用刻度尺把把这些点些点连成直成直线F和和F3【变式训练】【变式训练】1.某某实验小小组的的同
6、同学学在在验证力力的的平平行行四四边形形定定则时，操操作作过程程如如下：下：将一将一张白白纸固定在水平放置的木板上，橡皮筋的一端固定固定在水平放置的木板上，橡皮筋的一端固定在在A点，另一端拴上两个点，另一端拴上两个细绳套，用两个套，用两个弹簧簧测力力计互成角度互成角度地拉两个地拉两个细绳套，使套，使细绳套和橡皮筋的套和橡皮筋的结点位于点位于图2中的中的O点；点；图图2在在白白纸上上记录O点点的的位位置置和和两两细绳套套的的方方向向，同同时读出出两两弹簧簧测力力计的的读数数F1和和F2；选取取合合适适的的标度度在在白白纸上上作作出出F1和和F2的的图示示，由由平平行行四四边形形定定则作出作出F1
7、和和F2的合力的合力F；用用一一个个弹簧簧测力力计拉拉细绳套套，使使细绳套套和和橡橡皮皮筋筋的的结点点仍仍到到达达O点；点；在在白白纸上上记录细绳套套的的方方向向，同同时读出出弹簧簧测力力计的的读数数F；按按以以上上选取取的的标度度在在白白纸上上作作出出F的的图示示，比比较F和和F的的大大小小和方向；和方向；改改变两两细绳套套的的方方向向和和弹簧簧测力力计的的拉拉力力的的大大小小，重重复复以以上上操作，得出操作，得出实验结论。(1)对本本实验的下列叙述中正确的是的下列叙述中正确的是_；A.两次拉伸橡皮筋两次拉伸橡皮筋应将橡皮筋沿相同方向拉到相同将橡皮筋沿相同方向拉到相同长度度B.两两细绳套必套
8、必须等等长C.每次都每次都应将将弹簧簧测力力计拉伸到相同刻度拉伸到相同刻度D.拉拉橡橡皮皮筋筋的的细绳套套要要长一一些些，标记同同一一细绳套套方方向向的的两两点点要要远一些一些(2)某某次次操操作作时两两弹簧簧测力力计的的指指针指指在在图2中中所所示示的的位位置置，则两两弹簧簧测力力计的的读数分数分别为FB_ N、FC_ N；(3)如如果果本本实验所所用用弹簧簧测力力计的的量量程程均均为5 N。其其中中图3甲甲中中F13.00 N、F23.80 N，且且两两力力互互相相垂垂直直；图乙乙中中F1F24.00 N，且且两两力力的的夹角角为30；图丙丙中中F1F24.00 N，且且两两力力的的夹角角
9、为120。其中明。其中明显不符合操作的是不符合操作的是图_。图图3解解析析(2)由由弹弹簧簧测测力力计计的的读读数数规规则则可可知知FB3.20 N、FC2.60 N；(3)明明显显不不符符合合操操作作的的是是图图乙乙，因因为为图图中中两两个个力力的的合合力力超超过过了了弹簧测力计的量程，若用一个弹簧测力计拉时拉不到弹簧测力计的量程，若用一个弹簧测力计拉时拉不到O点。点。答案答案(1)AD(2)3.202.60(3)乙乙特别提醒特别提醒操作关键注意三点操作关键注意三点(1)每次拉伸结果位置每次拉伸结果位置O必须保持不变。必须保持不变。(2)记下每次各力的大小和方向。记下每次各力的大小和方向。(
10、3)画力的图示时应选择适当的标度。画力的图示时应选择适当的标度。热点二数据处理及误差分析热点二数据处理及误差分析【例例2】(2015山山东东理理综综，21)某某同同学学通通过下下述述实验验证力力的的平平行四行四边形定形定则。实验步步骤：将将弹簧簧秤秤固固定定在在贴有有白白纸的的竖直直木木板板上上，使使其其轴线沿沿竖直直方向。方向。如如图4所所示示，将将环形形橡橡皮皮筋筋一一端端挂挂在在弹簧簧秤秤的的秤秤钩上上，另另一一端端用用圆珠珠笔笔尖尖竖直直向向下下拉拉，直直到到弹簧簧秤秤示示数数为某某一一设定定值时，将将橡橡皮皮筋筋两两端端的的位位置置标记为O1、O2，记录弹簧簧秤秤的的示示数数F，测量
11、量并并记录O1、O2间的的距距离离(即即橡橡皮皮筋筋的的长度度l)。每每次次将将弹簧簧秤秤示数改示数改变0.50 N，测出所出所对应的的l，部分数据如下表所示：，部分数据如下表所示：图图4F(N)00.501.001.502.002.50l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05找找出出中中F2.50 N时橡橡皮皮筋筋两两端端的的位位置置，重重新新标记为O、O，橡皮筋的拉力橡皮筋的拉力记为FO O。在在秤秤钩上上涂涂抹抹少少许润滑滑油油，将将橡橡皮皮筋筋搭搭在在秤秤钩上上，如如图5所所示示。用用两两圆珠珠笔笔尖尖成成适适当当角角度度同同时拉拉橡橡皮皮筋筋的的两两端端，使使
12、秤秤钩的的下下端端达达到到O点点，将将两两笔笔尖尖的的位位置置标记为A、B，橡橡皮皮筋筋OA段段的的拉拉力力记为FOA，OB段的拉力段的拉力记为FOB。图图5完成下列作完成下列作图和填空：和填空：(1)利用表中数据在利用表中数据在给出的坐出的坐标纸(图6)上画出上画出Fl图线，根据，根据图线求得求得l0_cm。图图6(2)测得得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小的大小为_N。(3)根据根据给出的出的标度，在度，在图7中作出中作出FOA和和FOB的合力的合力F的的图示。示。图图7(4)通通过比比较F与与_的大小和方向，即可得出的大小和方向，即可得出实验结论。解解析析(1)做做
13、出出Fl图图象象，如如图图甲甲所所示示，求求得得直直线线的的截截距距即即为为l0，可得可得l010.0 cm。(3)FOBFOA1.80 N，两力的合力，两力的合力F如图乙所示。如图乙所示。(4)通过比较通过比较F和和FO O的大小和方向，可得出实验结论。的大小和方向，可得出实验结论。答案答案(1)如如图甲所示甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确均正确)(2)1.80(1.701.90均正确均正确)(3)如如图乙所示乙所示(4)FO O 【变式训练】【变式训练】2.用用图8甲所示的装置做甲所示的装置做“验证力的平行四力的平行四边形定形定则”实验。(1)某同学的某同学的实验操作如下，操
14、作如下，请完成相关内容。完成相关内容。图图8在在桌桌面面上上放放一一方方木木板板，在在方方木木板板上上铺一一张白白纸，用用图钉把把白白纸钉在方木板上。在方木板上。用用图钉把把橡橡皮皮条条一一端端固固定定在在A点点，另另一一端端系系上上两两根根细绳，细绳的另一端系有的另一端系有绳套。套。用用两两个个弹簧簧测力力计分分别钩住住绳套套，互互成成角角度度地地拉拉橡橡皮皮条条，橡橡皮皮条条伸伸长，使使结点点到到达达某某一一位位置置O。记下下O点点的的位位置置，读出出两两个个弹簧簧测力力计的示数，并的示数，并_。按按选好好的的标度度，用用铅笔笔和和刻刻度度尺尺作作出出两两个个弹簧簧测力力计的的拉拉力力F1
15、和和F2的的图示，并用平行四示，并用平行四边形定形定则求出合力求出合力F。只用一个只用一个弹簧簧测力力计，通，通过细绳套把橡皮条的套把橡皮条的结点拉到同点拉到同样的位置的位置O，_，记下下细绳的方向，按同一的方向，按同一标度作出度作出这个力个力F的的图示。示。(2)某某次次实验中中弹簧簧测力力计的的示示数数如如图乙乙所所示示，则两两弹簧簧测力力计的的拉力的大小分拉力的大小分别为_ N、_ N。(3)某某同同学学完完成成验证力力的的平平行行四四边形形定定则实验操操作作后后得得到到的的数数据据如如图丙，丙，请选好好标度在方框中作度在方框中作图完成完成该同学未完成的同学未完成的实验处理。理。结论：_
16、。(4)若两个若两个弹簧簧测力力计的的读数分数分别为3.00 N、4.00 N，且两，且两弹簧簧测力力计拉力方向的拉力方向的夹角角为锐角，角，则_(选填填“能能”或或“不能不能”)用用一个量程一个量程为5 N的的弹簧簧测力力计测出它出它们的合力，理由是的合力，理由是_。解解析析(1)用用两两个个弹弹簧簧测测力力计计分分别别钩钩住住绳绳套套，互互成成角角度度地地拉拉橡橡皮皮条条，橡橡皮皮条条伸伸长长，使使结结点点到到达达某某一一位位置置O，此此时时需需要要用用铅铅笔笔记记下下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数。点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧测力计的示数。只只用用一一个个
17、弹弹簧簧测测力力计计，通通过过细细绳绳把把橡橡皮皮条条的的结结点点拉拉到到同同样样的的位位置置O，此时需要读出弹簧测力计的示数，并记下细绳的方向。，此时需要读出弹簧测力计的示数，并记下细绳的方向。(2)两个弹簧测力计的读数分别为两个弹簧测力计的读数分别为2.50 N和和4.00 N。(3)如如图图所所示示。根根据据所所作作的的图图象象可可得得到到的的结结论论是是：在在误误差差允允许许范范围围内内，合合力力与与分分力力是是等等效效替替代代的的关关系系，且且互互成成角角度度的的两两个个力力合合成成时遵循平行四边形定则。时遵循平行四边形定则。(4)不不能能，因因为为3.00 N和和4.00 N两两个
18、个力力的的合合力力会会大大于于5 N，超超过过弹弹簧簧测力计的量程。测力计的量程。答案答案(1)记下两条下两条细绳的方向的方向读出出弹簧簧测力力计的示数的示数(2)2.50；4.00(3)如如图所示；在所示；在误差允差允许范范围内，合力与分力是内，合力与分力是等效替代的关系，且互成角度的两个力合成等效替代的关系，且互成角度的两个力合成时遵循平行四遵循平行四边形定形定则(4)不能超不能超过弹簧簧测力力计的量程的量程热点三实验的改进与创新热点三实验的改进与创新以以本本实验为背背景景，以以实验中中操操作作的的注注意意事事项、误差差来来源源设置置条件，或通条件，或通过改改变实验条件、条件、实验仪器器设
19、置置题目。目。1.考查对实验原理的理解、实验方法的迁移考查对实验原理的理解、实验方法的迁移2.实验器材的改进实验器材的改进(1)橡皮筋橡皮筋弹簧簧测力力计(2)钩码弹簧簧测力力计【例例3】某某同同学学找找到到一一条条遵遵循循胡胡克克定定律律的的橡橡皮皮筋筋来来验证力力的的平平行行四四边形定形定则，设计了如下了如下实验：图图9(1)将橡皮筋的两端分将橡皮筋的两端分别与两条与两条细线相相连，测出橡皮筋的原出橡皮筋的原长；(2)将橡皮筋一端用将橡皮筋一端用细线固定在固定在竖直板上的直板上的M点，在橡皮筋的中点，在橡皮筋的中点点O再用再用细线系一重物，重物自然下垂，如系一重物，重物自然下垂，如图9甲所
20、示；甲所示；(3)将橡皮筋另一端用将橡皮筋另一端用细线固定在固定在竖直板上的直板上的N点，如点，如图乙所示。乙所示。为完成完成实验，下述操作中必需的是，下述操作中必需的是_(填正确答案填正确答案标号号)。A.橡皮筋两端橡皮筋两端连接的接的细线长度必度必须相同相同B.要要测量量图甲中橡皮筋甲中橡皮筋Oa和和图乙中橡皮筋乙中橡皮筋Oa、Ob的的长度度C.M、N两点必两点必须在同一高度在同一高度处D.要要记录图甲中甲中O点的位置及点的位置及过O点的点的竖直方向直方向E.要要记录图乙中乙中结点点O的位置、的位置、过结点点O的的竖直方向及橡皮筋直方向及橡皮筋Oa、Ob的方向的方向解解析析由由于于橡橡皮皮
21、筋筋的的弹弹力力大大小小与与形形变变量量成成正正比比，故故可可以以用用橡橡皮皮筋筋的的形形变变量量等等效效替替代代弹弹力力大大小小来来作作平平行行四四边边形形进进行行实实验验验验证证，与与连连接接橡橡皮皮筋筋的的细细线线长长度度无无关关，故故本本题题需需要要测测量量橡橡皮皮筋筋的的原原长长以以及及被被重重物物拉拉伸伸后后的的长长度度，选选项项A错错误误，B正正确确；题题图图甲甲、乙乙中中重重物物最最终终受受力力平平衡衡，验验证证的的依依据据为为共共点点力力的的平平衡衡，物物体体的的平平衡衡与与否否与与M、N两两点点是是否否在在同同一一高高度度无无关关，选选项项C错错误误；题题图图甲甲中中的的O
22、点点位位置置并并不不需需要要记记录录，受受力力平平衡衡时时橡橡皮皮筋筋的的拉拉力力一一定定在在竖竖直直方方向向，需需要要记记录录的的是是橡橡皮皮筋筋被被拉拉伸伸后后的的长长度度及及橡橡皮皮筋筋的的原原长长，选选项项D错错误误；对对题题图图乙乙需需要要作作出出MO与与NO的的合合力力大大小小和和方方向向与与实实际际合合力力进进行行对对比比，故故需需要要记记录录过过结结点点O的的竖竖直直方方向向及及橡橡皮皮筋筋Oa、Ob的方向，选项的方向，选项E正确。正确。答案答案BE【变式训练】【变式训练】3.有同学利用如有同学利用如图10所示的装置来所示的装置来验证力的平行四力的平行四边形定形定则：在：在竖直
23、木板上直木板上铺有白有白纸，固定两个光滑的滑，固定两个光滑的滑轮A和和B，将，将绳子打一子打一个个结点点O，每个，每个钩码的重量相等，当系的重量相等，当系统达到平衡达到平衡时，根据，根据钩码个数个数读出三根出三根绳子的拉力子的拉力F1、F2和和F3，回答下列，回答下列问题：图图10(1)改改变钩码个数，个数，实验能完成的是能完成的是_(填正确答案填正确答案标号号)。A.钩码的个数的个数N1N22，N34B.钩码的个数的个数N1N33，N24C.钩码的个数的个数N1N2N34D.钩码的个数的个数N13，N24，N35(2)在在拆拆下下钩码和和绳子子前前，最最重重要要的的一一个个步步骤是是_(填填
24、正正确确答案答案标号号)。A.标记结点点O的位置，并的位置，并记录OA、OB、OC三段三段绳子的方向子的方向B.量出量出OA、OB、OC三段三段绳子的子的长度度C.用量角器量出三段用量角器量出三段绳子之子之间的的夹角角D.用天平用天平测出出钩码的的质量量(3)在作在作图时，你，你认为下下图中中_是正确的。是正确的。(填填“甲甲”或或“乙乙”)解析解析(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1F2|F3F1F2，因此，因此B、C、D选项是可以的。选项是可以的。(3)实验中实验中F3是竖直向下的。是竖直向下的。答案答案(1)BCD(2)A(3)甲甲1.在在竖直
25、直平平面面内内，将将小小圆环挂挂在在橡橡皮皮条条的的下下端端，橡橡皮皮条条的的长度度为GE。用用两两个个弹簧簧测力力计拉拉动小小圆环到到O点点，小小圆环受受到到作作用用力力F1、F2和橡皮条的拉力和橡皮条的拉力F0，如，如图11所示。所示。图图11(1)此此时要要记录下下拉拉力力F1、F2的的大大小小，并并在在白白纸上上作作出出_，以及，以及O点的位置。点的位置。(2)实验中，不必要的是中，不必要的是_。A.选用用轻质小小圆环B.弹簧簧测力力计在使用前在使用前应校零校零C.撤去撤去F1、F2，改用一个力拉小，改用一个力拉小圆环，仍使它，仍使它处于于O点点D.用用两两个个弹簧簧测力力计拉拉动小小
26、圆环时，要要保保持持两两弹簧簧测力力计相相互互垂直垂直(3)图12中中F是用一个是用一个弹簧簧测力力计拉小拉小圆环时，在白在白纸上根据上根据实验结果画出的果画出的图示。示。F与与F中，方向一定沿中，方向一定沿GO方向的是方向的是_。图图12解解析析(1)力力是是矢矢量量，既既有有大大小小，又又有有方方向向，因因此此除除了了需需要要记记录录拉力拉力F1、F2的大小，还要记录这两个力的方向。的大小，还要记录这两个力的方向。(2)本本实实验验的的目目的的是是探探究究求求合合力力的的方方法法，因因此此应应是是任任意意情情况况下下的的两两个个力力与与合合力力的的关关系系，故故选选项项D错错误误；选选用用
27、轻轻质质小小圆圆环环是是为为了了减减小小水水平平方方向向偏偏移移的的误误差差；合合力力与与分分力力之之间间是是等等效效替替代代的的关关系系，撤撤去去F1、F2，改改用用一一个个力力拉拉小小圆圆环环，仍仍使使它它处处于于O点点，以以确确保保等等效效；弹弹簧簧测测力力计计在在使使用用前前校校零零，是是为为了了使使读读数数准准确确，故故选选项项A、B、C是必要的。是必要的。(3)当当用用一一个个弹弹簧簧测测力力计计拉拉小小圆圆环环时时，因因圆圆环环为为轻轻质质小小圆圆环环，故故弹弹簧簧测测力力计计的的拉拉力力与与橡橡皮皮条条的的拉拉力力平平衡衡，其其方方向向一一定定与与橡橡皮皮条条的拉力方向相反，即
28、一定沿的拉力方向相反，即一定沿GO方向的是方向的是F。答案答案(1)两个力的方向两个力的方向(2)D(3)F2.某某同同学学在在做做“验证互互成成角角度度的的两两个个力力合合成成的的平平行行四四边形形定定则”实验，试完成下列完成下列问题。(1)主要的两个主要的两个实验步步骤如下：如下：把橡皮条的一端用把橡皮条的一端用图钉固定于固定于P点，同点，同时用两个用两个弹簧簧测力力计将橡皮条的另一端拉到位置将橡皮条的另一端拉到位置O。这时两两弹簧簧测力力计的示数如的示数如图13甲所示，甲所示，则两两弹簧簧测力力计的的读数分数分别为FA_ N、FB_ N。甲甲假假如如橡橡皮皮条条的的自自由由端端仅用用一一
29、个个弹簧簧测力力计拉拉着着，也也把把它它拉拉到到O点位置，点位置，弹簧簧测力力计的示数如的示数如图乙所示，乙所示，则FC_ N。图图13(2)用用4 mm表表示示1 N，在在图丙丙中中作作出出力力FA、FB和和FC的的图示示。根根据据平平行行四四边形形定定则在在图丙丙中中作作出出FA和和FB的的合合力力F，F的的大大小小为_N。(3)实验的的结果能否果能否验证平行四平行四边形定形定则：_(选填填“能能”或或“不能不能”)。解解析析(1)题题中中所所用用弹弹簧簧测测力力计计的的分分度度值值为为0.1 N，因因此此读读数数时时应应保保留两位小数。留两位小数。(2)根据平行四边形定则作出根据平行四边形定则作出FA和和FB的合力的合力F，如图所示，由图示，如图所示，由图示可求得合力：可求得合力：F6.08 N。(3)在在误误差差允允许许范范围围内内，由由平平行行四四边边形形定定则则作作出出的的FA和和FB的的合合力力与与FC相等，这说明能验证平行四边形定则。相等，这说明能验证平行四边形定则。答案答案(1)3.404.006.00(2)如如图所示所示6.08(3)能能
