高中物理实验3验证力的平行四边形定则学案

实验三验证力平行四边形定那么

考纲解读1.知道什么是等效替代法.2.能用作图法验证互成角度两个力合成时遵守平行四边形定那么．

根本实验要求

1．实验原理

互成角度两个力F1、F2与另外一个力F′产生一样效果，看F1、F2用平行四边形定那么求出合力F 与F′在实验误差允许范围内是否相等．

2．实验器材

木板、白纸、图钉假设干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺．

3．实验步骤

(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上木板上．

(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.如实验原理图所示．

(3)用铅笔描下结点O位置和两个细绳套方向，并记录弹簧测力计读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定那么求出合力F.

(4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条结点拉到与前面一样位置O，记下弹簧测力计读数F′和细绳方向．

(5)比拟F′与用平行四边形定那么求得合力F，看它们在实验误差允许范围内是否相等．

规律方法总结

1．正确使用弹簧测力计

(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数一样，可选；假设不同，应另换或调校，直至一样为止．

(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围．

(3)被测力方向应与轴线方向一致．

(4)读数时应正对、平视刻度．

2．考前须知

(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点位置一定要一样．

(2)角度适宜：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．

(3)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，便于确定力方向．

(4)统一标度：在同一次实验中，画力图示选定标度要一样，并且要恰中选定标度，使力图示稍大一些．

3．误差分析

(1)误差来源：除弹簧测力计本身误差外，还有读数误差、作图误差等．

(2)减小误差方法：

①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计精度正确读数和记录．

②作图时使用刻度尺，并借助于三角板，使表示两力对边一定要平行．

考点一实验原理及实验操作

例1 某同学做“验证力平行四边形定那么〞实验情况如图1甲所示，其中A为固定橡皮条图钉，O为橡皮条与细绳结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出图．

图1

(1)如果没有操作失误，图乙中F与F′两力中，方向一定沿AO方向是________．

(2)本实验采用科学方法是________．

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

(3)实验时，主要步骤是：

A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；

B．用图钉把橡皮条一端固定在板上A点，在橡皮条另一端拴上两条细绳，细绳另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，记录下O点位置，读出两个弹簧测力计示数；

D．按选好标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计拉力F1和F2图示，并用平行四边形定那么求出合力F；

E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计示数，记下细绳方向，按同一标度作出这个力F′图示；

F．比拟F′和F大小和方向，看它们是否一样，得出结论．

上述步骤中，①有重要遗漏步骤序号是______和________；

②遗漏内容分别是________________________________和_________________．

解析(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点拉力一定沿AO方向；而两根弹簧测力计拉橡皮条至O点拉力，根据平行四边形定那么作出两弹簧测力计拉力合力，由于误差存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向是F′.

(2)一个力作用效果与两个力作用效果一样，它们作用效果可以等效替代，故B正确．

(3)①根据“验证力平行四边形定那么〞实验操作规程可知，有重要遗漏步骤序号是C、E.

②在C中未记下两条细绳方向，E中未说明是否把橡皮条结点拉到同一位置O.

答案(1)F′(2)B (3)①C E ②C中应加上“记下两条细绳方向〞E中应说明“把橡皮条结点拉到同一位置O〞

变式题组

1．[对实验操作考察]在“验证力平行四边形定那么〞实验中，需要将橡皮条一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳另一端打好绳套，如图2所示．实验中用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，以下说法正确是( )

图2

A．两根细绳必须等长

B．橡皮条应与两绳夹角平分线在同一直线上

C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计拉力方向与木板平面平行，且弹簧测力计中弹簧不能与其外壳接触

D．同一次实验中，O点位置允许变动

E．实验中，先用其中一个弹簧测力计沿某一方向拉橡皮条至弹簧测力计最大量程，然后调节另一弹簧测力计拉力大小和方向，把橡皮条结点拉到O点

答案 C

2．[对实验原理及操作考察]

某同学用如图3所示实验装置来“验证力平行四边形定那么〞．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示数，并在贴于竖直木板白纸上记录O点位置和拉线方向．

图3

(1)本实验用弹簧测力计示数单位为N，图中A示数为______N.

(2)以下不必要

．．．实验要求是______．

A．应测量重物M所受重力

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，进展屡次实验，每次都要使O点静止在同一位置

(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A指针稍稍超出量程，请您提出两个解决方法．

答案(2)D (3)见解析

解析(1)弹簧测力计最小刻度为0.2 N，所以A读数为3.6 N.

(2)本实验利用三力平衡特点来验证力平行四边形定那么，即弹簧测力计A、B拉力合力与重物M 重力等大反向，故A项是必要．弹簧测力计零点误差影响各拉力测量值，所以应在使用前校零，B项是必要．只有拉线方向与木板平面平行，才能保证所研究各力在同一平面内，C项也是必要．实验中只需测出两拉力大小和方向以及重物重力即可验证平行四边形定那么，故没必要使O点静止在同一位置，答案为D.

(3)弹簧测力计A指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计A力大了，由平行四边形定那么知以下几种方法可行：①减小弹簧测力计B拉力；②减小重物M质量(或将A更换成较大量程弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力方向等)．

考点二数据处理及误差分析

例2 李明同学在做“验证力平行四边形定那么〞实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋结点位置O 点以及两个弹簧测力计拉力大小，如图4甲所示．

图4

(1)试在图甲中作出无实验误差情况下F1和F2合力图示，并用F表示此力．

(2)有关此实验，以下表达正确是______．

A．两弹簧测力计拉力可以同时比橡皮筋拉力大

B．橡皮筋拉力是合力，两弹簧测力计拉力是分力

C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做目是保证两次弹簧测力计拉力效果一样

D．假设只增大某一个弹簧测力计拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需要调整另一个弹簧测力计拉力大小即可

(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到结果，其中哪一个实验比拟符合实验事实？(力F′是用一个弹簧测力计拉时图示)