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相 互 作 用,第 二 章,實驗三 驗證力的平行四邊形定則,基礎知識梳理,一、實驗目的 驗證力的合成的平行四邊形定則；理解等效替代思維方法在物理學中的應用。 二、實驗原理 一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮筋伸長到同一點，所以力F就是這兩個力F1和F2的合力。作出力F1、F2和F的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F′的圖示，如圖所示。比較F和F′的大小和方向，若在實驗誤差允許范圍內(nèi)相等，則可驗證平行四邊形定則。,三、實驗器材 方木板一塊，彈簧秤兩個，白紙，橡皮條一段，細繩套兩個，圖釘(若干)，三角板，刻度尺，鉛筆。,四、實驗步驟 (1)用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上。 (2)用兩個彈簧測力計分別鉤拉兩個細繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結點到達某一位置O。 (3)用鉛筆描下______________和________________，并記錄__________________，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。 (4)只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮筋的結點拉到___________________，記下_____________________和______________。,結點O的位置,兩條細繩的方向,彈簧測力計的讀數(shù),與前面相同的位置O,彈簧測力計的讀數(shù)F′,細繩的方向,(5)比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，判斷在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。 五、誤差分析 除彈簧測力計本身的誤差外，實驗誤差主要來源于讀數(shù)誤差和作圖誤差兩個方面。 (1)減小讀數(shù)誤差的方法：彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些。 (2)減小作圖誤差的方法：作圖時兩力的對邊一定要平行，兩個分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形作出的合力F的誤差ΔF就越大，所以實驗中不要把F1、F2間的夾角取得太大。,六、注意事項 (1)正確使用彈簧測力計：①本實驗需要選用規(guī)格相同的兩只彈簧測力計；②使用時讀數(shù)盡量大，但不能超出范圍；③被測力的方向與軸線方向要一致；④讀數(shù)時應正對、平視刻度。 (2)位置不變：在同一次實驗中，橡皮筋拉長后，結點O的位置必須保持不變。,核心考點突破,教材原型實驗,(2)仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結果。他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響。 實驗裝置如圖2所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物。用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡。重復上述過程，再次記錄下N的軌跡。,兩次實驗記錄的軌跡如圖3所示。過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關系為__________。,Fa＝Fb,(3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結果有哪些？(填寫選項前的字母) __________ A．橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B．兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長 C．兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大 D．兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項。,BD,解題導思：(1)兩個分力F1、F2分別沿哪個方向？ (2)合力F3沿哪個方向？ (3)“用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同”說明了什么？ 答案：(1)兩個分力F1、F2分別沿OP1、OP2方向。 (2)合力F3沿OP3方向。 (3)說明橡皮筋多次拉伸后勁度系數(shù)發(fā)生了變化。,[解析] 本題主要考查驗證平行四邊形定則實驗，解題的關鍵是弄清楚兩次實驗軌跡不同的原因。 (1)作圖時注意規(guī)范，標度要適中。 (2)雖然軌跡不同，但由于O，a，b在同一直線上，由平衡條件知拉力Fa＝Fb。 (3)第二次做實驗時橡皮筋拉伸的長，但兩次拉力相等，故選項A、C說法不正確，B、D說法正確。 (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋。(或：拉力不宜過大； 選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧。),答案：(1)見下圖，F(xiàn)合＝4.6 ～4.9都算對) (4)見解析,方法總結： (1)數(shù)據(jù)處理——作圖法 在“探究求合力的方法”實驗中，由作圖法得到的合力F與實際測量得到的合力F′不可能完全重合，只要在誤差范圍內(nèi)可以認為合力F與合力F′重合即可驗證平行四邊形定則，如圖所示。,(2)誤差分析 ①用兩個測力計拉橡皮條時，橡皮條、細繩和測力計不在同一個平面內(nèi)，這樣得到的兩個測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力小。 ②結點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準，造成作圖的誤差。 ③作圖比例不恰當造成作圖誤差。,〔類題演練 1 〕,(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為__________N。 (2)下列不必要的實驗要求是_______。 A．應測量重物M所受的重力 B．彈簧測力計應在使用前校零 C．拉線方向應與木板平面平行 D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置,3.6,D,(3)某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決方法。 方法一：_________________________。 方法二：_________________。 (4)該同學在實驗中保持彈簧測力計B的拉力的方向一直水平，你認為該做法科學嗎？為什么？ 答：_____________________________________________________________,減小彈簧測力計B的拉力,減小重物的質量,不科學，因為不能驗證任意角度下的力的合成滿足平行四邊形定則。,[解析] (1)彈簧測力計上每1N被分成5格，則1格就等于0.2N。指針指在3N到4N之間的第3格處，所以示數(shù)為3.6N。 (2)實驗通過作出三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道，故A項需要；彈簧測力計可以測出力的大小，必須在使用之前校零，故B項需要；拉線方向必須與木板平面平行，這樣才能確保力的大小的準確性，故C項需要；當結點O位置確定時，彈簧測力計A的示數(shù)也確定，由于重物的重力已確定，因此彈簧測力計B的拉力大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實驗，故D項不需要。 (3)彈簧測力計A的指針超出其量程，則說明拉彈簧測力計B與重物的這兩根細線上的力的合力已偏大，所以可以通過減小重物的重量或改變彈簧測力計B上的拉力的大小，來使測力計A的指針不超出量程。,實驗拓展創(chuàng)新的兩種方法 以本實驗為背景，以實驗中操作的注意事項、誤差來源設置條件，或通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目。 1．對實驗原理的理解、實驗方法的遷移,實驗拓展創(chuàng)新,(1)改變鉤碼個數(shù)，實驗能完成的是_________(填正確答案標號)。 A．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝2，N3＝4 B．鉤碼的個數(shù)N1＝N3＝3，N2＝4 C．鉤碼的個數(shù)N1＝N2＝N3＝4 D．鉤碼的個數(shù)N1＝3，N2＝4，N3＝5 (2)在拆下鉤碼和繩子前，最重要的一個步驟是_______(填正確答案標號)。 A．標記結點O的位置，并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向 B．量出OA、OB、OC三段繩子的長度 C．用量角器量出三段繩子之間的夾角 D．用天平測出鉤碼的質量,BCD,A,(3)在作圖時，你認為圖中_______是正確的。(填“甲”或“乙”),甲,解題導思：兩個分力F1、F2，則合力F的大小范圍是什么？ 答案：分力與合力的關系須滿足|F1－F2|≤F≤(F1＋F2)。,[解析] (1)對O點受力分析如圖所示，OA、OB、OC分別表示三個力的大小，由于三個共點力處于平衡，所以OC等于OD。因此三個力的大小構成一個三角形，故A錯誤，B、C、D正確。,(2)為驗證平行四邊形定則，必須作受力圖，所以先明確受力點，即標記結點O的位置，其次要作出力的方向并讀出力的大小，最后作出力的圖示，因此要記錄鉤碼的個數(shù)和OA、OB、OC三段繩子的方向，故A正確。 (3)以O點為研究對象，F(xiàn)3實際作用在OC這條線上，即豎直方向，由于誤差的存在，F(xiàn)1、F2的合力的理論值要與實際值有一定偏差，故甲圖符合實際，乙圖不符合實際。,〔類題演練 2 〕,小明在實驗室里還找到一把刻度尺和一個玩具小熊，接著進行了如下的操作： ①用刻度尺測出細線的長度L，用彈簧測力計測出玩具小熊的重力G； ②按圖乙所示安裝玩具小熊、細線(玩具小熊懸掛在細線的中點)； ③兩手捏著細線緩慢向兩邊移動直到細線斷裂，讀出此時兩手間的水平距離d； ④利用平衡條件算出結果。,小明,C,