物理第二章 相互作用 第7講 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證力的平行四邊形定則

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1、第7講實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證的平行四邊形定則知識梳理知識梳理實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)力F的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn)同一點(diǎn),所以力F 就是這兩個(gè)力F1和F2的合力。作出力F的圖示并根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示,比較F和F的大小和方向是否相同,若相同,則說明互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則平行四邊形定則。1.(多選)在做“互成角度的兩個(gè)力的合成”實(shí)驗(yàn)時(shí),橡皮條的一端固定在木板上,用兩個(gè)彈簧測力計(jì)把橡皮條的另一端拉到某一確定的O點(diǎn)。以下操作中不正確的是( )A.同一實(shí)驗(yàn)過程中,O點(diǎn)位置允許變動(dòng)B.實(shí)驗(yàn)中,彈簧測力計(jì)必須與

2、木板平行,讀數(shù)時(shí)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(gè)彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大測量值,然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點(diǎn)D.實(shí)驗(yàn)中,把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時(shí),兩彈簧測力計(jì)之間的夾角應(yīng)取90,以便于算出合力的大小ACD答案答案 ACD從橡皮條固定點(diǎn)到O點(diǎn)的連線,是合力的作用線方向,如果O點(diǎn)變動(dòng),那么合力的大小或方向就要變化,就不能驗(yàn)證力的平行四邊形定則,故A選項(xiàng)錯(cuò);C選項(xiàng)中,因一個(gè)彈簧測力計(jì)已拉到最大測量值,再通過另一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條到O點(diǎn)時(shí),每一個(gè)彈簧測力計(jì)都可能超過最大測量值,造成損壞,或讀數(shù)不準(zhǔn),故C選項(xiàng)錯(cuò);互成角度的兩個(gè)力的合成,是利用

3、平行四邊形定則進(jìn)行合成,兩彈簧測力計(jì)之間的夾角不必一定成90角,故D選項(xiàng)錯(cuò)。2.探究力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)原理是等效原理,其等效性是指 ()A.使兩分力與合力滿足平行四邊形定則B.使兩次橡皮筋與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)都與某點(diǎn)O重合C.使兩次橡皮筋伸長的長度相等D.使彈簧測力計(jì)在兩種情況下發(fā)生相同的形變答案答案 B本實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證目標(biāo)是分力和合力之間遵循平行四邊形定則,等效性體現(xiàn)在橡皮筋沿某一定方向發(fā)生相同的形變,故兩次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)都與某點(diǎn)O重合。B深化拓展深化拓展考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)與數(shù)據(jù)處理考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)與數(shù)據(jù)處理深化拓展深化拓展考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)與數(shù)據(jù)處理考點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)與數(shù)據(jù)處理1

4、.注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)(1)同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計(jì)的選取方法是:將兩只彈簧測力計(jì)鉤好后對拉,若兩只彈簧測力計(jì)在對拉的過程中,讀數(shù)相同,則可選,若不同,應(yīng)另換,直至相同為止,實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測力計(jì)與板面平行;(2)在滿足合力不超過彈簧測力計(jì)量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下,應(yīng)使拉力盡量大一些,以減小誤差;(3)畫力的圖示時(shí),應(yīng)該選定恰當(dāng)?shù)臉?biāo)度,盡量使圖畫得大一些,但也不要太大而畫出紙外,要嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出合力;(4)在同一次實(shí)驗(yàn)中,拉長的橡皮條的結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同。2.數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理由作圖法得到的F與實(shí)際測量得到的F不可能完全重合,但在誤差允許范圍內(nèi)可認(rèn)為F和F重合。 1-

5、1在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上,將橡皮條的一端固定在板上一點(diǎn),兩個(gè)細(xì)繩套系在橡皮條的另一端。用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別拉住兩個(gè)細(xì)繩套,互成角度地施加拉力,使橡皮條伸長,結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置,如圖所示。請將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整:用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置,記為O;記錄兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2,沿每條細(xì)繩(套)的方向用鉛筆分別描出幾個(gè)點(diǎn),用刻度尺把相應(yīng)的點(diǎn)連成線;只用一個(gè)彈簧測力計(jì),通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O,記錄彈簧測力計(jì)的示數(shù)F3,;按照力的圖示要求,作出拉力F1、F2、F3;根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F;比較 F和和

6、F3的一致程度,若有較大差異,對其原因進(jìn)行分析,并作出相應(yīng)的改進(jìn)后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。答案答案見解析F和F3解析解析沿此時(shí)細(xì)繩(套)的方向用鉛筆描出幾個(gè)點(diǎn),用刻度尺把這些點(diǎn)連成線。為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則,需比較合力F與拉力F3是否一致。1-2 (2017北京豐臺(tái)一模,21)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)按照如下步驟進(jìn)行操作:a.在桌上放一塊方木板,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)繩形成結(jié)點(diǎn),細(xì)繩的另一端系著繩套;c.如圖甲,用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O,記錄

7、結(jié)點(diǎn)位置和兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)、兩條細(xì)繩的方向;d.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊作平行四邊形,畫出它們所夾的對角線F;e.只用一個(gè)彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套拉橡皮條, ;并按同一標(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。請把步驟e中的內(nèi)容補(bǔ)充完整把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，讀出彈簧測力示數(shù)，記下細(xì)繩的方向讀出彈簧測力示數(shù)，記下細(xì)繩的方向。本實(shí)驗(yàn)中步驟c和e兩次拉橡皮條的過程,主要體現(xiàn)了下列哪種科學(xué)方法B。A.理想實(shí)驗(yàn)法B.等效替代法C.控制變量法D.建立物理模型法下列操作有利

8、于減小實(shí)驗(yàn)誤差的是ACE(填字母代號)。A.實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧測力計(jì)調(diào)零后水平互鉤對拉,選擇兩個(gè)讀數(shù)相同的測力計(jì)B.拴在橡皮條上的兩條細(xì)繩必須等長,并且要盡量長一些C.彈簧測力計(jì)、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行D.用兩彈簧測力計(jì)同時(shí)拉橡皮條時(shí),兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)之差應(yīng)盡可能大E.在記錄力的方向時(shí),標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些圖乙是該同學(xué)在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用同一標(biāo)度畫出的圖示,如果沒有操作失誤,圖乙中的F與F兩力中,方向一定沿AO方向的是 F。若小明和小剛兩位同學(xué)在家中想驗(yàn)證力的平行四邊形定則,他們手中有一些彈性橡皮條(彈力滿足胡克定律,勁度系數(shù)為k)。如圖丙所示,他們將三根橡皮條的一端系在一起,另一

9、端分別系上細(xì)繩,仍保證橡皮條原長相同,測得原長L0=5.40 cm。接下來把貼有白紙的木板放在水平桌面上,兩人合作平行于紙面分別通過細(xì)繩拉三根橡皮條至某一長度(在彈性限度內(nèi)),保持狀態(tài)不變;如圖丁所示,記錄此時(shí)結(jié)點(diǎn)位置和三根橡皮條另一端的位置,量出三個(gè)端點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)O的距離分別為L1=9.20 cm、L2=8.40 cm、L3=7.50 cm。請根據(jù)他們的實(shí)驗(yàn)過程和記錄的數(shù)據(jù)作出驗(yàn)證力的平行四邊形定則的圖示,并說明是如何驗(yàn)證的。圖丙圖丁答案答案把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O,讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù),記下細(xì)繩的方向BACE F如圖所示分析說明:將任意一個(gè)力反向延長至等大,由平衡條件可知這就是另外兩力的合力;比較它與用平行四邊形定則作出的另外兩個(gè)力的合力的大小和方向,若近似相同即可驗(yàn)證平行四邊形定則。解析解析為保證兩次拉動(dòng)橡皮條的效果相同,需使兩次繩套跟橡皮條的結(jié)點(diǎn)到達(dá)同一個(gè)位置,并及時(shí)記錄力的大小和方向。本實(shí)驗(yàn)中,一個(gè)測力計(jì)的作用效果跟兩個(gè)測力計(jì)共同作用的效果相同,是典型的等效替代。細(xì)繩長些有利于標(biāo)定力的方向,但不必等長,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;為減小讀數(shù)誤差,測力計(jì)的示數(shù)可適當(dāng)大些,而非示數(shù)之差較大,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。由二力平衡條件易知F沿AO方向。由胡克定律可知橡皮條的彈力跟伸長量成正比,所以橡皮條的伸長量反映橡皮條的拉力,故可用橡皮條的伸長量代替彈力。