《驗(yàn)證力的平行四邊形定則》

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1、學(xué)案 5 實(shí)驗(yàn)三:驗(yàn)證力的平行四邊形定則 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.驗(yàn)證力的平行四邊形定則。 2.掌握彈簧秤的構(gòu)造、調(diào)節(jié)方法和使用方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 如果兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力 F1、 F2作用于橡皮筋的結(jié)點(diǎn) 上,與只用一個(gè)力 F作用于橡皮筋的結(jié)點(diǎn)上所產(chǎn)生的效果相 同 (橡皮條在相同方向上伸長相同的長度 ),那么, F就是 F1 和 F2的合力。根據(jù)平行四邊形定則作出兩共點(diǎn)力 F1和 F2的合 力 F的圖示,應(yīng)與 F等大同向。 三、實(shí)驗(yàn)器材 方木板一塊、白紙、彈簧秤 (兩只 )、橡皮條、細(xì)繩套 (兩 個(gè) )、三角板、刻度尺、圖釘 (幾個(gè) )。 3.用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉 橡皮條,使橡

2、皮條伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置 O。 (如圖 2-5-1所示,位置 O須處于紙面以內(nèi) ) 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.用圖釘把白紙釘在方木板上。 2.把方木板平放在桌面上,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(gè)細(xì)繩套。 (固 定點(diǎn) A在紙面外 ) 圖 2-5-1 4.用鉛筆描下 O的位置和兩細(xì)繩套的方向,并記錄彈簧秤的讀數(shù)。 5.從力的作用點(diǎn) (位置 O)沿著兩細(xì)繩套的方向畫直線,按選定的標(biāo) 度作出這兩只彈簧秤的拉力 F1和 F2的圖示,并用平行四邊形定則作出 合力 F的圖示。 6.只用一只彈簧秤通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置 O, 記下彈簧秤的讀數(shù)和細(xì)繩的方向。用刻度尺從 O點(diǎn)

3、按同樣標(biāo)度沿記錄 的方向作出這只彈簧秤的拉力 F 的圖示。 7.比較力 F 的圖示與合力 F的圖示,看兩者是否等長、同向。 8.改變兩個(gè)力 F1和 F2的大小和夾角,再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次。 五、注意事項(xiàng) 1.不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),可拴一短細(xì)繩再連兩細(xì)繩套,以 三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),使結(jié)點(diǎn)小些,便于準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn) O的位置。 2.不要用老化的橡皮條,檢查方法是用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條,要反 復(fù)做幾次使橡皮條拉伸到相同的長度看彈簧秤讀數(shù)有無變化。 3.彈簧秤在使用前應(yīng)水平放置,然后檢查、校正零點(diǎn)。將兩彈簧秤 互相勾著水平拉伸,選擇兩只讀數(shù)完全一致的彈簧秤使用。 4.在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時(shí)結(jié)點(diǎn) O的位

4、置一定要相同。 5.用兩只彈簧秤鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時(shí),夾角不宜太大, 也不宜太小,以 60100之間為宜。 6.讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意使彈簧秤與木板平行,并使細(xì)繩套與彈簧秤的軸線 在同一條直線上,避免彈簧秤的外殼與彈簧秤的限位孔之間有摩擦。 讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧秤的刻度,在合力不超出量程及在橡皮條彈性 限度范圍內(nèi)的前提下,拉力的數(shù)值應(yīng)盡量大些。 7.細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向,不要直接 沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個(gè)點(diǎn), 取掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與 O點(diǎn)連直線確定力的方向。 8.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

5、些。 六、誤差分析 本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來自以下五個(gè)方面: 1.用描點(diǎn)法記錄的拉力方向不夠準(zhǔn)確; 2.所作平行四邊形的對(duì)邊不嚴(yán)格平行; 3.拉橡皮條時(shí),沒有做到橡皮條及兩細(xì)繩套平行于木板, 使在紙上所描下的拉力方向并不是拉力的真實(shí)方向; 4.沒有校準(zhǔn)彈簧秤的零點(diǎn),兩只彈簧秤的刻度不準(zhǔn)確; 5.彈簧的拉桿與限位孔有摩擦,使彈簧秤讀數(shù)并不能真 實(shí)地表示細(xì)繩中拉力的大小。 彈簧秤的選取方法是:將兩只彈簧秤 調(diào)零后,互勾水平對(duì)拉,若兩只彈簧秤 在對(duì)拉的過程中,讀數(shù)相同,則可選用, 若讀數(shù)不同,應(yīng)另換,直到相同為止。彈簧秤不能 在超出它的測(cè)量范圍的情況下使用。使用前要檢查 指針是否指在零刻度線,否則應(yīng)校正零

6、位。讀數(shù)時(shí) 應(yīng)正對(duì)、平視刻度。 【 例 1】 某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時(shí),主要步驟是: A.在桌面上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木 板上。 B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的 A點(diǎn),在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩, 細(xì)繩的另一端系著繩套。 C.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別勾住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長,結(jié) 點(diǎn)到達(dá)某一位置 O。記錄下 O點(diǎn)的位置,讀出兩個(gè)彈簧測(cè)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(cè)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.只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長,讀出彈簧測(cè)力計(jì)

7、的示 數(shù),記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出這個(gè)力 F的圖示。 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 :(1)有重要遺漏的步驟的序號(hào)是 _____和 _____; (2)遺漏的內(nèi)容分別是 ____________________和 ________________________________。 據(jù)驗(yàn)證力的平行四邊形定則的操作規(guī)程可知, 有重要遺漏的步驟的序號(hào)是 C、 E。在 C中未記下兩條細(xì)繩 的方向。 E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到了同一位置 O。 C E 記下兩條繩的方向 把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置 O 【 例 2】 在探究求合力的方法時(shí),先將橡皮條的一

8、端固定在水平木板上,另一端 系上帶有繩套的兩根細(xì)繩。實(shí)驗(yàn)時(shí),需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細(xì) 繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩拉橡 皮條。 (1)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中,下列哪些說法正確的是 _______(填字母 代號(hào) )。 A.將橡皮條拉伸相同長度即可 B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度 C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置 (2)同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論,其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是 _____ (填字母代號(hào) )。 A.兩細(xì)繩必須等長 B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行 C.用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差

9、應(yīng)盡可能大 D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些 (1)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求是兩次拉伸橡皮條的作用效果 要相同,故選項(xiàng) B、 D正確。 (2)要減小實(shí)驗(yàn)誤差,彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都必須與木板平行。用兩彈 簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí),彈簧秤的示數(shù)之差適當(dāng)大些即可,拉橡皮條的細(xì)繩要長 些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些,故 B、 D正確。 BD BD 1.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中,需要將橡皮條的 一 端固定在水平木板上,另一端系上兩根細(xì)繩 (如圖 2-5-2所 示 )。實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧秤分別鉤住繩套,并互成角度地 拉橡皮條。某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng): A.兩根細(xì)

10、繩必須等長 B.橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同 一直線上 C.在使用彈簧秤時(shí),要注意使彈簧秤 與木板平行 其中正確的是 _____。 (填入相應(yīng)的 字母 ) C 圖 2-5-2 2.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,把橡皮條的一端固定在板的 A點(diǎn),橡皮條 的另一端拴上兩細(xì)繩套,如圖 2-5-3所示,兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條使之伸長,到達(dá)某 一位置 O時(shí)需記下 __________________、 ______________,描下 __________,再 用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條 拉長,使結(jié)點(diǎn)到達(dá)位置 _____,再記

11、下 _____________________________。 彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向 兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù) 兩細(xì)繩的方向 O 結(jié)點(diǎn)位置 O 圖 2-5-3 1.某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證平行四邊形定則,他找到三條相同的橡皮筋 (遵循 胡克定律 )和若干小重物,以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘 子,設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn):將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個(gè)釘子 A、 B上,另一端與第三條橡皮筋連接,結(jié)點(diǎn)為 O,將第三條橡皮筋的另一端 通過細(xì)繩掛一重物,如圖 2-5-4所示。 (1)為完成該實(shí)驗(yàn),下述操作中必需的是 ________。 a.測(cè)量細(xì)繩的長度 b.測(cè)量橡皮筋的原長 c.測(cè)量懸掛重物

12、后橡皮筋的長度 d.記錄懸掛重物后結(jié)點(diǎn) O的位置 (2)釘子位置固定,欲利用現(xiàn)有器材,改變條件再次 驗(yàn)證,可采用的方法是 ____________________。 圖 2-5-4 bcd 更換不同的小重物 2.某同學(xué)用如圖 2-5-5所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”。 彈簧測(cè)力計(jì) A掛于固定點(diǎn) P,下端用細(xì)線掛一重物 M。彈簧測(cè)力計(jì) B 的一端用細(xì)線系于 O點(diǎn),手持另一端向左拉,使結(jié)點(diǎn) O靜止在某位置。 分別讀出彈簧測(cè)力計(jì) A和 B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄 O點(diǎn)的位置和拉線的方向。 (1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)的單位為 N,圖中 A的示數(shù)為 ______N。 (2)下

13、列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是 ______。 (請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母 ) A.應(yīng)測(cè)量重物 M所受的重力 B.彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零 C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行 D.改變拉力,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都 要使 O點(diǎn)靜止在同一位置 (3)某次實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì) A的指針稍稍超出量程,請(qǐng)您提出兩 個(gè)解決辦法。 圖 2-5-5 3.6 D 改變彈簧測(cè)力計(jì) B拉力的大?。?減小重物 M的質(zhì)量 3.李明同學(xué)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時(shí),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(cè)力計(jì)拉力的大小,如圖 2-5-6所示。 (1)試在圖甲所示中作出無實(shí)驗(yàn)誤差情況下 F1和 F2的合力圖示,

14、并用 F表示此力。 (2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是 ______。 A.兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮筋 的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測(cè)力計(jì)的 拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時(shí),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(cè)力計(jì)拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測(cè)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(cè)力計(jì)拉力的大小即可 (3)圖乙所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果,其中哪一個(gè)實(shí) 驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) ?(力 F 是用一只彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)的圖示 ) 答 :_____________________________ (4)在

15、以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)中,造成誤差的主要原因是 (至 少寫出兩種情況 ) 答 :________________________________________________________________ _______________________________ 。 圖 2-5-6 AC 張華做的符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左。作圖時(shí)兩虛線分 別與 F1線和 F2線不嚴(yán)格平行。 4.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,不用彈簧測(cè)力計(jì),只用三 根 相同的橡皮條、四個(gè)圖釘、直尺、鉛筆、三張白紙、平木板就可以驗(yàn) 證力的平行四邊形定則,請(qǐng)敘述實(shí)驗(yàn)步

16、驟和方法。 其步驟和方法如下: (1)將三根橡皮條的一端拴在同一個(gè)圖釘 O上,將這三根橡皮條的另 一端分別再拴一個(gè)圖釘 A、 B、 C,注意此時(shí)四個(gè)圖釘均未固定在平木 板上; (2)用刻度尺測(cè)出橡皮條的自由長度 l0(保持三根橡皮條的 l0相同 ), 注意從釘腳測(cè)起; (3)將拴有橡皮條的圖釘 A、 B適當(dāng)分開釘在木板上,拉第三根橡皮 條,使三根橡皮條互成角度拉伸,待結(jié)點(diǎn)處的圖釘 O靜止時(shí),釘下 C圖 釘,并記錄圖釘 O、 A、 B、 C的位置; (4)測(cè)出這三根橡皮條的長度 l1、 l2、 l3,分別算出它們的伸長量 x1=l1-l0, x2=l2-l0, x3=l3-l0; (5)將 x1、 x2、 x3按一定比例用圖示表示出來, 以 x1、 x2為鄰邊作平行四邊形,求出其對(duì)角線 OC , 比較 OC與 x3的長度,若兩者長度相等,且在一條 直線上,則達(dá)到了目的,若 OC與 OC有一微小夾 角 ,則有誤差 (如圖所示 )。

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