《2019-2020年新教材高中物理第5章实验：验证力的平行四边形定则教案鲁科版必修1.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019-2020年新教材高中物理第5章实验：验证力的平行四边形定则教案鲁科版必修1.pdf（9页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第 - 1 - 页 共 9 页 实验：验证力的平行四边形定则实验：验证力的平行四边形定则 学习目标 验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则 一、实验原理和方法 结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1与F2的合力必与橡皮筋的拉力平衡；改用一 个拉力F，使结点仍到原位置O点，则F必与F1、F2的合力等效，以F1、F2为邻边作平行 四边形求出合力F，比较F与F的大小和方向，以验证互成角度的两个共点力合成时的平行 四边形定则 二、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔、橡皮筋、 细绳(两根)等 三、实验步骤及数据处理 1仪器的安装：用图钉把白纸钉在
2、水平桌面上的方木板上，并用图钉把橡皮条的一端固 定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套，如图所示 2操作与记录 (1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达 某一位置O，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向 (2)用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的 读数和细绳套的方向 3作图与分析 (1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测 力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边 形的对角线，此对角线即为合力F的图示 (2
3、)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计时的拉力F的 图示，如图所示 第 - 2 - 页 共 9 页 (3)比较一下力F与用平行四边形定则求出的合力F，在误差允许的范围内大小和方向 是否相同 (4)改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复上述实验两次 四、误差分析 产生原因减小方法 读数误差读数时眼睛要正视刻度线偶然 误差作图误差作图时严格尺度规范作图 系统 误差 弹簧测力计 本身的误差 调零、两弹簧测 力计对拉读数相等 五、注意事项 1弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉 过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另选，直至相同为止
4、2保证分力与合力作用效果相同的方法：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位 置一定要相同 3橡皮条老化的检查方法：用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到 相同的长度看弹簧测力计读数有无变化 4弹簧测力计夹角范围：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到 120之间为宜 5拉力的选取原则：在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适 当大些 6画力的图示的注意事项：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 【例 1】 某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则，他找到三条相同的橡
5、皮筋(遵循 胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验 ： 如图所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连 接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 第 - 3 - 页 共 9 页 (1)为完成实验，下述操作中必需的是_ A测量细绳的长度 B测量橡皮筋的原长 C测量悬挂重物后橡皮筋的长度 D记录悬挂重物后结点O的位置 (2)钉 子位置固定 ， 欲利 用 现 有器 材， 改 变 条 件再 次验 证，可采 用的 方法 是 _ 解析 (1)必需测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长度，这样才能确定橡皮筋的 伸长量
6、，确定各力的大小，还需记录悬挂重物后结点O的位置，同时记下三条橡皮筋所在的 方向， 以便确定各拉力的方向， 根据平行四边形定则作出合力的图示 因此， 必需的操作是 B、 C、 D. (2)改变条件再次验证可采用更换不同的小重物的方法 答案 (1)BCD (2)更换不同的小重物 【例 2】 某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴， 纵轴为y轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示将橡皮筋的一端Q固 定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长 (a) (b) (1)用一只弹簧测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉
7、至坐标原点O，此时拉力F的大小 可由测力计读出测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个弹簧测力计同时拉橡皮筋，再 次将P端拉至O点此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由弹簧测力计 的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N 和F25.6 N. 用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然 后按平行四边形定则画出它们的合力F合； 第 - 4 - 页 共 9 页 F合的大小为_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范
8、围之内，则该实验验证了力 的平行四边形定则 解析 (1)由弹簧测力计的读数规则可知，读数为 4.0 N. (2)利用平行四边形定则作图，如答图所示 由图可知F合4.0 N， 从F合的顶点向x轴和y轴分别作垂线， 顶点的横坐标对应长度 为 1 mm，顶点的纵坐标对应长度为 20 mm，则可得出F合与拉力F的夹角的正切值为 0.05. 答案 (1)4.0 (2)F1、F2和F合如图所示 4.0 0.05 (1)本实验采用的是等效替代的思想方法，实验中要保证一个合力与两个分力效果相同， 同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变 (2)画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画得大一些，要严格按
9、力的图示要求和几 何作图法作出平行四边形，求出合力 1“探究求合力的方法”的实验原理是等效原理，其等效性是指( ) A使弹簧测力计在两种情况下发生相同的形变 B使两分力与合力满足平行四边形定则 C使两次橡皮筋伸长的长度相等 D使两次橡皮筋与两绳套的结点都与O点重合 D “探究求合力的方法”的实验中，两次拉伸橡皮筋时，伸长的长度及伸长的方向均 相同，两分力与合力的作用效果才相同，才具有等效替代关系；因此 C 错误，D 正确；实验过 程中，弹簧测力计的拉力的大小和方向是可以改变的，A 错误；合力与分力间一定满足平行四 边形定则，不是人为造成的，故 B 错误 2在“验证力的平行四边形定则”实验中，需
10、要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另 一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图所示)实验中需用两个弹簧测力计分别钩 第 - 5 - 页 共 9 页 住绳套，并互成角度地拉橡皮条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在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 其中正确的是( ) C 该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果，不必要求两分力等大，故 B 错误； 与两绳长短无关，A 错误；但需使两分力与合力在同一平面内，故 C 正确 3“验证力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为 橡皮筋与细
11、绳的结点，OB和OC为细绳图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图 甲 乙 (1)图乙中的_是力F1和F2的合力的理论值；_是力F1和F2的合力的实际 测量值 (2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答： _(选填“变”或“不变”) (3)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 解析 (1)用平行四边形定则作图得到的是实验的理论值，即F；直接测量得到的是实 际测量值，即F. (2)细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力F1、F2，换用橡皮筋拉结果是一样的 (3)力的合成与分解使用的是等效替代法B 正确 答案 (1)F F (
12、2)不变 (3)B 4如图甲为“探究求合力的方法”的实验装置 第 - 6 - 页 共 9 页 甲 乙 (1)下列说法中正确的是_ A在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置可以变化 B弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下 CF1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 D为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为 90 (2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为_N. 解析 (1)在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化，如果变化，即 受力变化，所以 A 选项错误；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O，定滑轮只能改变力的方 向不能改变力的大小
13、，所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向，B 选项错误；弹簧测 力计的使用，不能超过其量程，C 选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太 小，但不一定为 90，所以 D 选项错误 (2)考查弹簧测力计的读数，应注意估读 答案 (1)C (2)4.00 5在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板 上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端用两个弹簧测力计 分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如 图所示请将以下的实验操作和处理补充完整： (1)用铅笔描下结点位置，记为O； (2)记录两个
14、弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点， 用刻度尺把相应的点连成线； (3)只用一个弹簧测力计， 通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O， 记录测力计的示数F3， 第 - 7 - 页 共 9 页 _ _ _ _； (4)按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3； (5)根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F； (6)比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后 再次进行实验 解析 使一个力F3的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果相同，都是让同一条一 端固定的橡皮条伸长到某点，则力F3表示这两个力F1、F2的合力作出力F3的图示
15、，再根据 力的平行四边形定则作出力F1、F2的合力F的图示，比较F和F3的大小和方向是否相同，从 而验证力的平行四边形定则 答案 (3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线 (6)F和F3 6某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 甲 实验步骤： 将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向 如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉， 直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F， 测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)每次将弹簧秤示数改变 0.50 N，测出所对应 的l
16、，部分数据如下表所示： F(N)00.501.001.502.002.50 l(cm)l010.9712.0213.0013.9815.05 找出中F2.50 N 时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力计为 FOO. 在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示用两圆珠笔尖成适当 角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA 段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB. 第 - 8 - 页 共 9 页 乙 完成下列作图和填空： (1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出Fl图线，根据图线求得l0_cm (2)测得OA6.00 cm，OB
17、7.60 cm，则FOA的大小为_N. (3)根据给出的标度，在图中作出FOA和FOB的合力F的图示 (4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论 解析 (1)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均 匀分布在直线的两侧如图甲所示，由图线可知与横轴的交点为橡皮筋的原长，即l010.0 cm. 甲 (2)橡皮筋的长度lOAOB13.60 cm， 由图甲可得F1.80 N， 所以FOAFOBF 第 - 9 - 页 共 9 页 1.80 N. (3)利用给出的标度作出FOA和FOB的图示，然后以FOA和FOB为邻边作平行四边形，对角线 即为合力F，如图乙所示 乙 (4)FOO的作用效果和FOA、FOB两个力的作用效果相同，F是FOA、FOB两个力的合力，所 以只要比较F和FOO的大小和方向，即可得出实验结论 答案 (1)见解析 10.0(9.8、9.9、10.1 均正确) (2)1.80(1.701.90 均正确) (3)见解析 (4)FOO