實驗：驗證力的平行四邊形定則33009PPT課件.ppt

實驗 驗證力的平行四邊形定則 4 15 2020 1 我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了許多物理量其中體積 質(zhì)量 時間 長度的運算所遵循的是代數(shù)的加減法則 為什么力的合成要遵循平行四邊形定則呢 這種運算法則是否正確呢 4 15 2020 2 有同學(xué)提出以下猜想 1 合力的大小只在分力夾角為銳角時遵循平行四邊形法則 2 夾角為直角時 用勾股定理計算 不遵循平行四邊形法則 同學(xué)們 你是怎樣認(rèn)為的呢 說說你的猜想 4 15 2020 3 1 掌握彈簧測力計的正確使用方法 2 根據(jù)實驗的要求 會對給定的實驗步驟排序 糾錯 3 驗證力的平行四邊形定則 培養(yǎng)用作圖法處理問題的能力 重點 4 15 2020 4 驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則 實驗?zāi)康?4 15 2020 5 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條伸長到同一點 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 比較F和F 的大小和方向是否相同 若相同 則說明互成角度兩個力合成時遵循平行四邊形定則 實驗原理 4 15 2020 6 方木板一塊 白紙 彈簧測力計 兩只 橡皮條 細(xì)繩套 兩個 三角板 刻度尺 圖釘 幾個 細(xì)芯鉛筆 實驗器材 4 15 2020 7 1 在桌上平放一塊方木板 在方木板上鋪一張白紙 用圖釘把白紙釘在方木板上 實驗步驟 4 15 2020 8 2 用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點 在橡皮條的另一端栓上兩條細(xì)繩套 注意 請設(shè)計好伸長結(jié)點的位置 以便作圖 4 15 2020 9 3 用兩個彈簧測力計分別勾住繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長 結(jié)點到達(dá)某一位置O 4 用鉛筆記下O點的位置和兩條細(xì)繩的方向 讀出兩個彈簧測力計的示數(shù) 示數(shù) 示數(shù) 4 15 2020 10 5 用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點沿著兩條細(xì)繩的方向畫直線 按著一定的標(biāo)度作出兩個力F1和F2的圖示 用平行四邊形定則求出合力 F1 F2 F 4 15 2020 11 6 只用一個彈簧測力計 通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣位置O 讀出示數(shù) 記下細(xì)繩的方向 按同一標(biāo)度作出這個力F 的圖示 F 4 15 2020 12 7 比較F 與用平行四邊形定則求得的合力F的大小和方向 看它們是否相等 F1 F F o F 是理論值 F是實驗值 F2 4 15 2020 13 在誤差允許范圍內(nèi) 理論值和實驗值大小相等方向相同 驗證了平行四邊形定則的正確性 4 15 2020 14 實驗過程展示 1 用兩個測力計拉橡皮條時 橡皮條 細(xì)繩和測力計不在同一個平面內(nèi) 這樣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(jié)點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準(zhǔn) 造成作圖的誤差 誤差分析 4 15 2020 16 3 兩個分力的起始夾角 太大 如大于120 再重做兩次實驗 為保證結(jié)點O位置不變 即保證合力不變 則 變化范圍不大 因而測力計示數(shù)變化不顯著 讀數(shù)誤差大 4 作圖比例不恰當(dāng)造成作圖誤差 4 15 2020 17 1 正確使用彈簧測力計 1 實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是 將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉過程中 讀數(shù)相同 則可選 若讀數(shù)不同 應(yīng)另換或調(diào)校 直至相同為止 2 使用彈簧測力計測力時 讀數(shù)應(yīng)盡量大些 但不能超出它的測量范圍 注意事項 4 15 2020 18 3 使用前要檢查指針是否指在零刻度線上 否則應(yīng)校正零位 無法校正的要記錄下零誤差 還需用鉤碼檢查是否存在示值誤差 若存在 應(yīng)加以校正 4 被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致 拉動時彈簧及掛鉤不可與外殼相碰以避免產(chǎn)生摩擦 5 讀數(shù)時應(yīng)正對 平視刻度 4 15 2020 19 2 規(guī)范實驗操作 1 不要直接以橡皮條端點為結(jié)點 可用一段細(xì)繩連兩細(xì)繩套 以三繩交點為結(jié)點 應(yīng)使結(jié)點小些 以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點O的位置 2 在同一次實驗中 使橡皮條拉長時結(jié)點O的位置一定要相同 3 不要用老化的橡皮條 檢查方法是用一個彈簧測力計拉橡皮條 要反復(fù)做幾次 使橡皮條拉到相同的長度看彈簧測力計讀數(shù)有無變化 4 15 2020 20 4 細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些 便于確定力的方向 不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線 應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個點 取掉細(xì)繩套后 再將所標(biāo)點與O點連一直線確定力的方向 5 在同一次實驗中 畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同 并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度 使所作力的圖示稍大一些 6 兩拉力F1和F2夾角不宜過小 4 15 2020 21 1 實驗時由作圖法得到的合力F和單個彈簧測力計測量的實際合力F 忘記標(biāo)注而造成錯亂 你如何加以區(qū)分 提示 由彈簧測力計測量合力時必須使橡皮筋伸直 所以與AO共線的合力表示由單個測力計測量得到的實際合力F 不共線的合力表示由作圖法得到的合力F 交流與思考 4 15 2020 22 2 如何設(shè)計實驗探究兩力合力隨角度的變化規(guī)律 如何觀察合力的變化規(guī)律 提示 保持兩力的大小不變 改變兩力之間的夾角 使兩力的合力發(fā)生變化 可以通過觀察結(jié)點的位置變化 判斷合力大小的變化情況 結(jié)點離固定點越遠(yuǎn) 說明兩力的合力越大 4 15 2020 23 3 每次實驗都必須保證結(jié)點的位置保持不變 這體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法 若兩次橡皮條的伸長長度相同 能否驗證平行四邊形定則 提示 每次實驗保證結(jié)點位置保持不變 是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同 這是物理學(xué)中等效替代的思想方法 由于力不僅有大小 還有方向 若兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點位置不同 說明兩次效果不同 不滿足合力與分力的關(guān)系 不能驗證平行四邊形定則 4 15 2020 24 典例1 如圖所示是甲 乙兩位同學(xué)在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗中所得到的實驗結(jié)果 若用F表示兩個分力F1 F2的合力 用F 表示F1和F2的等效力 則可以判斷 選填 甲 或 乙 同學(xué)的實驗結(jié)果是尊重事實的 4 15 2020 25 解析 由題設(shè)可知 F為F1和F2的合力 通過平行四邊形定則所得 而F 是F1和F2的等效力 即用一只彈簧測力計拉橡皮條時的拉力 顯然F 的方向應(yīng)在細(xì)線的方向上 因甲同學(xué)F 的方向與細(xì)繩在同一直線上 故甲同學(xué)是尊重事實的 答案 甲本題解答的重點在F 的方向的確定上 兩位同學(xué)的實驗結(jié)果都有誤差 這是正常的 但乙同學(xué)很明顯在F 的方向的確定上違背了實驗的要求 作圖是錯誤的 4 15 2020 26 典例2 將橡皮筋的一端固定在A點 另一端拴上兩根細(xì)繩 每根細(xì)繩分別連著一個量程為5N 最小刻度為0 1N的彈簧測力計 沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計 當(dāng)橡皮筋的活動端拉到O點時 兩根細(xì)繩相互垂直 如圖所示 這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出 4 15 2020 27 1 由圖可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N 2 在下圖所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及它們的合力 4 15 2020 28 解析 1 兩彈簧測力計的讀數(shù)分別為4 0N和2 5N 2 作出合力如下圖所示 4 15 2020 29 1 合力與分力的概念 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條伸長到同一點 所以力F 就是這兩個力F1和F2的合力 4 15 2020 30 2 力的合成 作出力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 比較F和F 的大小和方向是否相同 若相同 則說明互成角度兩個力合成時遵循平行四邊形定則 4 15 2020 31 1 在做驗證力的平行四邊形定則的實驗時 先用兩個彈簧測力計拉橡皮條 再用一個彈簧測力計拉橡皮條 兩次須使橡皮條的結(jié)點達(dá)到同一位置 這樣做是為了 A 便于測量力的大小B 使兩個分力和它的合力產(chǎn)生相同的效果C 使兩個分力和它的合力有相同的作用點D 便于畫出分力與合力的方向 BC 4 15 2020 32 2 1 在做 驗證力的平行四邊形定則 的實驗時 需要的器材有 方木板 白紙 細(xì)繩套兩個 三角板 刻度尺 圖釘幾個 還需要 2 在做上述實驗時 在水平放置的木板上墊上一張白紙 把橡皮條的一端固定在板上 另一端結(jié)兩個細(xì)繩套 通過細(xì)繩用兩個互成角度的彈簧測力計拉橡皮條 使結(jié)點移到某一位置O 此時需記下 然后用一個彈簧測力計把橡皮條拉長 使結(jié)點到達(dá) 再記下 4 15 2020 33 解題指導(dǎo) 實驗中要記錄橡皮條拉伸后O點的位置 彈簧測力計的讀數(shù)及力的方向 答案 1 彈簧測力計兩個 橡皮條一根 鉛筆一支 2 O點位置細(xì)繩所指方向相應(yīng)彈簧測力計讀數(shù)同一位置O點彈簧測力計讀數(shù) 4 15 2020 34 3 某同學(xué)在家中嘗試驗證力的平行四邊形定則 他找到三條相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和若干小重物 以及刻度尺 三角板 鉛筆 細(xì)繩 白紙 釘子 設(shè)計了如下實驗 將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A B上 另一端與第二條橡皮筋連接 結(jié)點為O 將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物 4 15 2020 35 1 為完成實驗 下述操作中必需的是 a 測量細(xì)繩的長度b 測量橡皮筋的原長c 測量懸掛重物后橡皮筋的長度d 記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置 2 釘子位置固定 欲利用現(xiàn)有器材 改變條件再次驗證 可采用的方法是 4 15 2020 36 解析 1 選b c d 本實驗中 結(jié)點O受三個拉力處于靜止?fàn)顟B(tài) 三力彼此平衡 任意兩個力的合力與第三個力等值反向 只要以兩橡皮筋的伸長量代表兩個拉力的大小 沿OA OB方向為鄰邊作平行四邊形 只要該平行四邊形的對角線與懸掛重物的橡皮筋在一條直線上 與表示其拉力的線段相等 即驗證了平行四邊形定則 故實驗要 4 15 2020 37 測量橡皮筋的原長 懸掛重物后的長度 才能算出橡皮筋受力后的伸長量 為了確定拉力的方向 每次必須記錄結(jié)點O的位置 因此必需的是b c d 2 由于釘子位置固定 可改變的條件只能是所懸掛的重物的質(zhì)量 答案 1 b c d 2 所懸掛的重物的質(zhì)量 4 15 2020 38 4 在 驗證力的平行四邊形定則 的實驗中 兩只彈簧測力計的拉力F1和F2已于右圖中