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1、第 5 讲实验三验证力的平行四边形定则对应学生用书 P32误差分析本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于以下两个方面：1读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录2作图误差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F 就越大，所以实验中不要把F1、F2 间的夹角取得太大 ,注意事项1位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同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，其夹角不宜太小，也不宜太大，以 60
2、100之间为宜3尽量减少误差(1) 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(2) 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.对应学生用书 P32对验证力的平行四边形定则实验基本方法的考查【例1】 某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图25 1(a) 所示- 1 -图 2 5 1(1) 试在图 2 5 1(a) 中作出无实验误差情况下1 和2 的合力图示，并用F表示此力FF(2) 有关此实验，下列叙述正确的是
3、_A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置 O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可(3) 图 2 51(b) 所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？( 力 F是用一只弹簧测力计拉时的图示) 答 _.(4) 在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：( 至少写出两种情况 )答 _.解析(1) 以1、 2 为邻边作平行四边形，其对角线即为所求
4、的合力 ( 如图所示 ) F FOF(2) 两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系， B 错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D 错误；正确的选项只有A、 C.(3) 用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实(4) F1 的方向比真实方向偏左； F2 的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；作图时两虚线没有分别与 F1 线和 F2 线平行 ( 任选其二 )答案(1) 见解析图
5、 (2)AC (3) 甲同学实验得到的结果 (4) 见解析从实验方法改进的角度考查【例 2】 (2011 江苏卷，10)图 2 5 2某同学用如图2 52 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- 2 -(1) 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.(2) 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
6、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(3) 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解析(1) 由题图知，弹簧测力计A 的分度值为0.2 N ，读数为3.6 N.(2) 验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点位置无关，D 错； M的重力即合力，A 对；测量前弹簧测力计调零才能测量准确，B 对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C对(3) 对 O点受力分析如图所示， 可见若减小 FOA可调节 FOB的大小或方向， 调节 OA方向或减小物重 G等答案 (1)3.6(2)D
7、(3) 减小弹簧测力计 B 的拉力；减小重物 M的质量 ( 或将 A 更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计 B拉力的方向等 ) 对应学生用书 P33【例 3】 有同学利用如图2 5 3 所示图 2 5 3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：(1) 改变钩码个数，实验能完成的是() A钩码的个数N1 N2 2， N3 4B钩码的个数N1 N3 3， N2 4C钩码的个数N1 N2 N34D钩码的个数N1 3，
8、N2 4， N3 5(2) 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- 3 -(3) 在作图时，你认为图 2 54 中 _是正确的 ( 填“甲”或“乙”)图 2 5 4解析(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：| F1 F2| F3F1F2，因此 B、 C、D 选项是可以的(2)A(3)甲实验中 F3 是竖直向下的答案(1)BCD(2)A (3) 甲反思领悟 本题考查“验证力的平行四边形定则”的实验，实验原理还是来源于课本，只是改
9、变了部分实验器材以及实验步骤，只要能深刻理解实验原理，掌握处理此类实验的基本方法，不难解答此题- 4 -对应学生用书 P341(2010 天津理综， 9(2) 在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条(1) 实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的_( 填字母代号 ) A将橡皮条拉伸相同长度即可B将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C将弹簧秤都拉伸到相同刻度D将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2) 同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小
10、实验误差有益的说法是_( 填字母代号 ) A两细绳必须等长B弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些解析(1) 该实验的关键是等效替代，故选B、 D.答案(1)BD(2)BD图 2 5 52如图 2 55 所示，用、两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到O点， 2A B现保持 A 的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计B 的拉力大小和方向，可使O 点保持不变，这时：(1) B 的示数应是 ( ) A一定变大 B 一定不变C一定变小 D 变大、不变、变小均有可能(2) 夹角 的变化应是 () A一定变
11、大B 一定不变C一定变小D 变大、不变、变小均有可能解析 本题重点考查作图法求解力的合成问题，只有规范作图才能做出正确判断，切忌作图时随意乱画“使 点保持不变”即表明、拉力的合力的大小和方向不变，则以O为圆心，以A的OA B拉力大小为半径画圆弧如右图所示，根据平行四边形定则，按题意 减小，可知B 的拉力的大小和方向均发生相应的变化由图可知B 的拉力的大小和角度 都将变小，故(1) 、 (2)均选 C.- 5 -答案(1)C(2)C3.图 2 5 6某同学在家中尝“试验证平行四边形定则”，他找到三条相同的橡皮筋( 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
12、实验：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，如图2 5 6 所示(1) 为完成该实验，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_解析运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边，作平行四边形，其对角线是否和合力相符本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各
13、力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边做平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O 点位置故应选 b、 c、 d. 可以通过改变小重物改变各力的大小答案(1)bcd(2) 更换不同的小重物4某同学在学完“力的合成”后，想在家里做实验“验证力的平行四边形定则”他从学校的实验室里借来两个弹簧秤，按如下步骤进行实验A在墙上贴一张白纸用来记录弹簧秤弹力的大小和方向B在一个弹簧秤的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧秤的读数FC将一根大约30 cm 长的细线从杯带中穿过，再将细线两端
14、分别拴在两个弹簧秤的挂钩上在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧秤的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧秤的示数如图25 7 甲所示D在白纸上按一定标度作出两个弹簧秤的弹力的图示，如图2 57 乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F图 2 5 7(1) 在步骤 C中，弹簧秤的读数为 _N.(2) 在步骤 D中，合力 F _N.(3) 若 _ ，就可以验证力的平行四边形定则解析(1) 弹簧秤读数时需要估读，最终的读数要以有效数字的形式给出，根据图甲弹簧秤指针的位置，可读出力的大小为3.00 N.(2) 根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在图乙上由已知的两个
15、力作出平行四边形，测量出平行四边形的对角线的长度，与标度1 N的长度进行比较，可求出 F的大小为 (5.2 0.2)N.- 6 -(3) 若 F在 直方向且数 与F 近似相等， 在 差允 的范 内可以 力的平行四 形定 答案 (1)3.00(2) 5.2 0.2(3) F在 直方向且数 与F 近似相等5(2011 衡阳模 ) 如 25 8 所示，某 小 同学利用DIS 装置研究支架上力的分解 、B 两个相同的双向力 感器， 型号 感器在受到拉力 数 正，受到 A力 数 A 接 量不 的 ，可沿固定的板做 弧形移 B固定不 ，通 光滑 接 0.3 m的杆将 接在杆右端O 点构成支架保持杆在水平方
16、向，按如下步 操作：图 2 5 8 量 子与水平杆的 角AOB 两个 感器 行 零用另一根 在O点 挂一个 ， 两个 感器的 数取下 ，移 感器A 改 角重复上述 步 ，得到表格F1/N1.0010.5801.002F2/N 0.868 0.2910.8653060150(1) 根据表格数据， A 感器 的是表中力 _( 填“ F1”或“ F2”) 量 _kg( 保留一位有效数字 ) (2) 本 中多次 感器 行 零， 此操作 明正确的是() A因 事先忘 零B何 零 果没有影响C 了消除横杆自身重力 果的影响D可以完全消除 的 差A 感器 的是表中力F ，平衡 ， mg F sin解析 (1) A 感器中的力均 正 ，故11 ，当 30 ， 1 1.001 N ，可求得0.05 kg.Fm(2) 在挂 之前， 感器 行 零，目的是 了消除横杆自身重力 果的影响，故C 正确答案 (1) F1 0.05 (2)C- 7 -