实验探究力的平行四边形定则

第9课时实验：探究力的平行四边形定则
●考纲预览●
内容要求说明
9．力的平行四边形定则（实验、探究）Ⅱ
■预习内容■：教科版必修1 P59-P62 《步步高》P28-P31
一．考点整理实验过程
1．实验目的：探究力的合成规律——平行四边形定则；理解等效替代思想方法在物理学中的应用．
2．实验原理：互成角度的两个力与一个力产生的效果，看它们用平行四边形定则求出的合力与这个力是否在实验误差允许的范围内相等．
3．实验器材：木板、白纸、图钉若干、、细绳、弹簧秤（2只）、三角板、，等．
4．实验步骤：①用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的上，如图所示；②用两个弹簧秤分别钩住两个绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸
长，结点到达某一点O；③用铅笔描下位置和两个
细绳套的，并记录弹簧秤的读数F1、F2，利用刻度尺和
三角板作平行边形，画出对角线所代表的力F；④只用一个弹簧
秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面实验中的相
同，记下弹簧的读数F′和细绳的方向；⑤比较F
和F′，观察它们在实验误差允许的范围内是否．
5．误差分析：实验误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于误差和误差两个方面．①减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量一些．读数时眼睛一定要，要按有效数字正确读数和记录．②减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太．6．注意事项：①位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时的位置一定要相同．②角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太，也不宜太大，以60°～120°之间为宜．③尽量减少误差：在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些；细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．④统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．
二．考点分类探讨典型问题
〖考点1〗对实验原理及实验过程的考查
【例1】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．
⑴某同学认为在此过程中必须注意以下几项：
A．两根细绳必须等长
B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等
E．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置
其中正确的是_______________（填入相应的字母）
⑵“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所
示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细
绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据
实验结果画出的力的示意图．
①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向
的是______；
②本实验采用的科学方法是________
A．理想实验法 B．等效替代法
C．控制变量法 D．建立物理模型法
⑶某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F1和F2，图
中小正方形的边长表示 2 N，两力的合力用F表示，F1、F2
与F的夹角分别为θ1和θ2，关于F1、F2与F、θ1和θ2关
系正确的有________
A．F1 = 4N B．F = 12 N C．θ1 = 45° D．θ1 < θ2
【变式跟踪1】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5N、最小刻度为0.1N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，如图所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．
⑴由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为______ N和______ N；
⑵在如图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．
〖考点2〗对实验过程的考查
【例1】某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定
则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测
力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止
在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板
的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．
⑴本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N；
⑵下列不必要的实验要求是________（请填写选项前对应的字母）
A．应测量重物M所受的重力
B．弹簧测力计应在使用前校零
C．拉线方向应与木板平面平行
D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置
⑶某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．
【变式跟踪2】有同学利用如图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F1、F2和F3，回答下列问题：
⑴改变钩码个数，实验能完成的是 ______________
A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4
B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4
C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4 D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5
⑵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
⑶在作图时，你认为图中________是正确的（填
“甲”或“乙”）．
三．课堂演练自我提升
班级姓名评价
1．用等效代替法验证力的平行四边形定则的实验情况如图甲
所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，
OB和OC为细绳，图乙是白纸上根据实验结果画出的图．
⑴本实验中“等效代替”的含义是________
A．橡皮筋可以用细绳替代
B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力
计的作用效果
C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果
D．两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代
⑵图乙中的F与F′两力中，方向一定沿着AO方向的是________，图中________是
F1、F2合力的理论值，______是合力的实验值．
⑶完成该实验的下列措施中，能够减小实验误差的是________
A．拉橡皮筋的绳细一些且长一些
B．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行
C．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些
D．使拉力F1和F2的夹角很小
2．在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤．
⑴为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：
弹力F/N 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 伸长量x/10–2m 0.74 1.80 2.80 3.72 4.60 5.58 6.42
根据表中数据在图中作出F–x图象并求得该弹簧的劲度系数k = ________N/m；
⑵某次实验中，弹簧秤的指针位置如图所示，其读数为________N；同时利用⑴中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在下列虚线框中画出这两个共点力的合力F合；
⑶由图得到F合＝________N．
3．如图所示，某实验小组同学利用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为0.3 m 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：
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ
②对两个传感器进行调零
③用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数
④取下钩码，移动传感器A改变θ角
重复上述实验步骤，得到表格.
F1/N 1.0010.580… 1.002…
F2/N－0.868－0.291…0.865…
θ30°60°…150°…
(1)根据表格数据，A传感器对应的是表中力________(选填“F1或F2”)．钩码质量为
________kg(保留一位有效数字)．
(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影响 D．可以完全消除实验的误差。