高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)3 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則 誤差分析1 誤差來(lái)源除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外 還有讀數(shù)誤差 作圖誤差等 2 減小誤差的方法 1 結(jié)點(diǎn)O 定位O點(diǎn)時(shí)要力求準(zhǔn)確 同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條拉長(zhǎng)后的O點(diǎn)必須保持不變 2 拉力 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力時(shí)要使拉力沿彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向 應(yīng)盡量使橡皮條 彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi) 兩個(gè)分力F1 F2間的夾角 不要太大或太小 3 作圖 在同一次實(shí)驗(yàn)中 選定的比例要相同 嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形 求出合力 注意事項(xiàng)操作不忘 三 二 一 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)的 三記錄 記錄兩彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù) 兩細(xì)繩方向和結(jié)點(diǎn)O的位置 用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條時(shí)的 二記錄 記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)和細(xì)繩方向 及 一注意 結(jié)點(diǎn)O的位置必須在同一位置 等 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作 例1 2015 安徽理綜 21 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(cè)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(zhǎng) 結(jié)點(diǎn)到達(dá)紙面上某一位置 如圖1所示 請(qǐng)將以下的實(shí)驗(yàn)操作和處理補(bǔ)充完整 圖1 用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)位置 記為O 記錄兩個(gè)彈簧測(cè)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(cè)力計(jì) 通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)仍拉到位置O 記錄測(cè)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 的一致程度 若有較大差異 對(duì)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) 解析步驟 中應(yīng)記錄此時(shí)拉力的大小和方向 結(jié)合步驟 的操作 中橫線應(yīng)填寫(xiě) 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)連成直線 步驟 要驗(yàn)證平行四邊形定則 需要比較F與F3的大小 方向是否一致 故 中橫線應(yīng)填寫(xiě) F和F3答案 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)連成直線 F和F3 變式訓(xùn)練 1 某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)在驗(yàn)證力的平行四邊形定則時(shí) 操作過(guò)程如下 將一張白紙固定在水平放置的木板上 橡皮筋的一端固定在A點(diǎn) 另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地拉兩個(gè)細(xì)繩套 使細(xì)繩套和橡皮筋的結(jié)點(diǎn)位于圖2中的O點(diǎn) 圖2 在白紙上記錄O點(diǎn)的位置和兩細(xì)繩套的方向 同時(shí)讀出兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1和F2 選取合適的標(biāo)度在白紙上作出F1和F2的圖示 由平行四邊形定則作出F1和F2的合力F 用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉細(xì)繩套 使細(xì)繩套和橡皮筋的結(jié)點(diǎn)仍到達(dá)O點(diǎn) 在白紙上記錄細(xì)繩套的方向 同時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F 按以上選取的標(biāo)度在白紙上作出F 的圖示 比較F和F 的大小和方向 改變兩細(xì)繩套的方向和彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的大小 重復(fù)以上操作 得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 對(duì)本實(shí)驗(yàn)的下列敘述中正確的是 A 兩次拉伸橡皮筋應(yīng)將橡皮筋沿相同方向拉到相同長(zhǎng)度B 兩細(xì)繩套必須等長(zhǎng)C 每次都應(yīng)將彈簧測(cè)力計(jì)拉伸到相同刻度D 拉橡皮筋的細(xì)繩套要長(zhǎng)一些 標(biāo)記同一細(xì)繩套方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)一些 2 某次操作時(shí)兩彈簧測(cè)力計(jì)的指針指在圖2中所示的位置 則兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別為FB N FC N 3 如果本實(shí)驗(yàn)所用彈簧測(cè)力計(jì)的量程均為5N 其中圖3甲中F1 3 00N F2 3 80N 且兩力互相垂直 圖乙中F1 F2 4 00N 且兩力的夾角為30 圖丙中F1 F2 4 00N 且兩力的夾角為120 其中明顯不符合操作的是圖 圖3 解析 2 由彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)規(guī)則可知FB 3 20N FC 2 60N 3 明顯不符合操作的是圖乙 因?yàn)閳D中兩個(gè)力的合力超過(guò)了彈簧測(cè)力計(jì)的量程 若用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉時(shí)拉不到O點(diǎn) 答案 1 AD 2 3 202 60 3 乙 特別提醒操作關(guān)鍵注意三點(diǎn) 1 每次拉伸結(jié)果位置O必須保持不變 2 記下每次各力的大小和方向 3 畫(huà)力的圖示時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度 熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析 例2 2015 山東理綜 21 某同學(xué)通過(guò)下述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)步驟 將彈簧秤固定在貼有白紙的豎直木板上 使其軸線沿豎直方向 如圖4所示 將環(huán)形橡皮筋一端掛在彈簧秤的秤鉤上 另一端用圓珠筆尖豎直向下拉 直到彈簧秤示數(shù)為某一設(shè)定值時(shí) 將橡皮筋兩端的位置標(biāo)記為O1 O2 記錄彈簧秤的示數(shù)F 測(cè)量并記錄O1 O2間的距離 即橡皮筋的長(zhǎng)度l 每次將彈簧秤示數(shù)改變0 50N 測(cè)出所對(duì)應(yīng)的l 部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示 圖4 找出 中F 2 50N時(shí)橡皮筋兩端的位置 重新標(biāo)記為O O 橡皮筋的拉力記為FOO 在秤鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油 將橡皮筋搭在秤鉤上 如圖5所示 用兩圓珠筆尖成適當(dāng)角度同時(shí)拉橡皮筋的兩端 使秤鉤的下端達(dá)到O點(diǎn) 將兩筆尖的位置標(biāo)記為A B 橡皮筋OA段的拉力記為FOA OB段的拉力記為FOB 圖5 完成下列作圖和填空 1 利用表中數(shù)據(jù)在給出的坐標(biāo)紙 圖6 上畫(huà)出F l圖線 根據(jù)圖線求得l0 cm 圖6 2 測(cè)得OA 6 00cm OB 7 60cm 則FOA的大小為 N 3 根據(jù)給出的標(biāo)度 在圖7中作出FOA和FOB的合力F 的圖示 圖7 4 通過(guò)比較F 與 的大小和方向 即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 解析 1 做出F l圖象 如圖甲所示 求得直線的截距即為l0 可得l0 10 0cm 3 FOB FOA 1 80N 兩力的合力F 如圖乙所示 4 通過(guò)比較F 和FOO 的大小和方向 可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 答案 1 如圖甲所示10 0 9 8 9 9 10 1均正確 2 1 80 1 70 1 90均正確 3 如圖乙所示 4 FOO 變式訓(xùn)練 2 用圖8甲所示的裝置做 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn) 1 某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作如下 請(qǐng)完成相關(guān)內(nèi)容 圖8 在桌面上放一方木板 在方木板上鋪一張白紙 用圖釘把白紙釘在方木板上 用圖釘把橡皮條一端固定在A點(diǎn) 另一端系上兩根細(xì)繩 細(xì)繩的另一端系有繩套 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 橡皮條伸長(zhǎng) 使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O 記下O點(diǎn)的位置 讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) 并 按選好的標(biāo)度 用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)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 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過(guò)細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O 記下細(xì)繩的方向 按同一標(biāo)度作出這個(gè)力F 的圖示 2 某次實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示 則兩彈簧測(cè)力計(jì)的拉力的大小分別為 N N 3 某同學(xué)完成驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)操作后得到的數(shù)據(jù)如圖丙 請(qǐng)選好標(biāo)度在方框中作圖完成該同學(xué)未完成的實(shí)驗(yàn)處理 結(jié)論 4 若兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別為3 00N 4 00N 且兩彈簧測(cè)力計(jì)拉力方向的夾角為銳角 則 選填 能 或 不能 用一個(gè)量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出它們的合力 理由是 解析 1 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 橡皮條伸長(zhǎng) 使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O 此時(shí)需要用鉛筆記下O點(diǎn)的位置和兩條細(xì)繩的方向 讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) 只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì) 通過(guò)細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O 此時(shí)需要讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) 并記下細(xì)繩的方向 2 兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別為2 50N和4 00N 3 如圖所示 根據(jù)所作的圖象可得到的結(jié)論是 在誤差允許范圍內(nèi) 合力與分力是等效替代的關(guān)系 且互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則 4 不能 因?yàn)? 00N和4 00N兩個(gè)力的合力會(huì)大于5N 超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的量程 答案 1 記下兩條細(xì)繩的方向 讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù) 2 2 50 4 00 3 如圖所示 在誤差允許范圍內(nèi) 合力與分力是等效替代的關(guān)系 且互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則 4 不能超過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)的量程 熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新以本實(shí)驗(yàn)為背景 以實(shí)驗(yàn)中操作的注意事項(xiàng) 誤差來(lái)源設(shè)置條件 或通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目 1 考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解 實(shí)驗(yàn)方法的遷移2 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) 1 橡皮筋彈簧測(cè)力計(jì) 2 鉤碼彈簧測(cè)力計(jì) 例3 某同學(xué)找到一條遵循胡克定律的橡皮筋來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn) 圖9 1 將橡皮筋的兩端分別與兩條細(xì)線相連 測(cè)出橡皮筋的原長(zhǎng) 2 將橡皮筋一端用細(xì)線固定在豎直板上的M點(diǎn) 在橡皮筋的中點(diǎn)O再用細(xì)線系一重物 重物自然下垂 如圖9甲所示 3 將橡皮筋另一端用細(xì)線固定在豎直板上的N點(diǎn) 如圖乙所示 為完成實(shí)驗(yàn) 下述操作中必需的是 填正確答案標(biāo)號(hào) A 橡皮筋兩端連接的細(xì)線長(zhǎng)度必須相同B 要測(cè)量圖甲中橡皮筋Oa和圖乙中橡皮筋Oa Ob的長(zhǎng)度C M N兩點(diǎn)必須在同一高度處D 要記錄圖甲中O點(diǎn)的位置及過(guò)O點(diǎn)的豎直方向E 要記錄圖乙中結(jié)點(diǎn)O的位置 過(guò)結(jié)點(diǎn)O的豎直方向及橡皮筋Oa Ob的方向 解析由于橡皮筋的彈力大小與形變量成正比 故可以用橡皮筋的形變量等效替代彈力大小來(lái)作平行四邊形進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 與連接橡皮筋的細(xì)線長(zhǎng)度無(wú)關(guān) 故本題需要測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng)以及被重物拉伸后的長(zhǎng)度 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 題圖甲 乙中重物最終受力平衡 驗(yàn)證的依據(jù)為共點(diǎn)力的平衡 物體的平衡與否與M N兩點(diǎn)是否在同一高度無(wú)關(guān) 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 題圖甲中的O點(diǎn)位置并不需要記錄 受力平衡時(shí)橡皮筋的拉力一定在豎直方向 需要記錄的是橡皮筋被拉伸后的長(zhǎng)度及橡皮筋的原長(zhǎng) 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 對(duì)題圖乙需要作出MO與NO的合力大小和方向與實(shí)際合力進(jìn)行對(duì)比 故需要記錄過(guò)結(jié)點(diǎn)O的豎直方向及橡皮筋Oa Ob的方向 選項(xiàng)E正確 答案BE 變式訓(xùn)練 3 有同學(xué)利用如圖10所示的裝置來(lái)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 在豎直木板上鋪有白紙 固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B 將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)O 每個(gè)鉤碼的重量相等 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí) 根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子的拉力F1 F2和F3 回答下列問(wèn)題 圖10 1 改變鉤碼個(gè)數(shù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?填正確答案標(biāo)號(hào) A 鉤碼的個(gè)數(shù)N1 N2 2 N3 4B 鉤碼的個(gè)數(shù)N1 N3 3 N2 4C 鉤碼的個(gè)數(shù)N1 N2 N3 4D 鉤碼的個(gè)數(shù)N1 3 N2 4 N3 5 2 在拆下鉤碼和繩子前 最重要的一個(gè)步驟是 填正確答案標(biāo)號(hào) A 標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置 并記錄OA OB OC三段繩子的方向B 量出OA OB OC三段繩子的長(zhǎng)度C 用量角器量出三段繩子之間的夾角D 用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量 3 在作圖時(shí) 你認(rèn)為下圖中 是正確的 填 甲 或 乙 解析 1 實(shí)驗(yàn)中的分力與合力的關(guān)系必須滿足 F1 F2 F3 F1 F2 因此B C D選項(xiàng)是可以的 3 實(shí)驗(yàn)中F3是豎直向下的 答案 1 BCD 2 A 3 甲 1 在豎直平面內(nèi) 將小圓環(huán)掛在橡皮條的下端 橡皮條的長(zhǎng)度為GE 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)小圓環(huán)到O點(diǎn) 小圓環(huán)受到作用力F1 F2和橡皮條的拉力F0 如圖11所示 圖11 1 此時(shí)要記錄下拉力F1 F2的大小 并在白紙上作出 以及O點(diǎn)的位置 2 實(shí)驗(yàn)中 不必要的是 A 選用輕質(zhì)小圓環(huán)B 彈簧測(cè)力計(jì)在使用前應(yīng)校零C 撤去F1 F2 改用一個(gè)力拉小圓環(huán) 仍使它處于O點(diǎn)D 用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)小圓環(huán)時(shí) 要保持兩彈簧測(cè)力計(jì)相互垂直 3 圖12中F 是用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉小圓環(huán)時(shí) 在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖示 F與F 中 方向一定沿GO方向的是 圖12 解析 1 力是矢量 既有大小 又有方向 因此除了需要記錄拉力F1 F2的大小 還要記錄這兩個(gè)力的方向 2 本實(shí)驗(yàn)的目的是探究求合力的方法 因此應(yīng)是任意情況下的兩個(gè)力與合力的關(guān)系 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 選用輕質(zhì)小圓環(huán)是為了減小水平方向偏移的誤差 合力與分力之間是等效替代的關(guān)系 撤去F1 F2 改用一個(gè)力拉小圓環(huán) 仍使它處于O點(diǎn) 以確保等效 彈簧測(cè)力計(jì)在使用前校零 是為了使讀數(shù)準(zhǔn)確 故選項(xiàng)A B C是必要的 3 當(dāng)用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉小圓環(huán)時(shí) 因圓環(huán)為輕質(zhì)小圓環(huán) 故彈簧測(cè)力計(jì)的拉力與橡皮條的拉力平衡 其方向一定與橡皮條的拉力方向相反 即一定沿GO方向的是F 答案 1 兩個(gè)力的方向 2 D 3 F 2 某同學(xué)在做 驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn) 試完成下列問(wèn)題 1 主要的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟如下 把橡皮條的一端用圖釘固定于P點(diǎn) 同時(shí)用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)將橡皮條的另一端拉到位置O 這時(shí)兩彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖13甲所示 則兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)分別為FA N FB N 甲 假如橡皮條的自由端僅用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉著 也把它拉到O點(diǎn)位置 彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示 則FC N 圖13 2 用4mm表示1N 在圖丙中作出力FA FB和FC的圖示 根據(jù)平行四邊形定則在圖丙中作出FA和FB的合力F F的大小為 N 3 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能否驗(yàn)證平行四邊形定則 選填 能 或 不能 解析 1 題中所用彈簧測(cè)力計(jì)的分度值為0 1N 因此讀數(shù)時(shí)應(yīng)保留兩位小數(shù) 2 根據(jù)平行四邊形定則作出FA和FB的合力F 如圖所示 由圖示可求得合力 F 6 08N 3 在誤差允許范圍內(nèi) 由平行四邊形定則作出的FA和FB的合力與FC相等 這說(shuō)明能驗(yàn)證平行四邊形定則 答案 1 3 404 00 6 00 2 如圖所示6 08 3 能