第6課時(shí) 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則

第6課時(shí)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第28頁)1．掌握彈簧測力計(jì)的正確使用方法．2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，會(huì)對(duì)給定的實(shí)驗(yàn)步驟排序、糾錯(cuò)．3．驗(yàn)證力的平行四邊形定則，培養(yǎng)作圖法處理問題的能力．

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第28頁)一、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)力F′的作用效果和兩個(gè)力F1、F2的共同作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到同一點(diǎn)；所以力F′就是這兩個(gè)力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，與根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示比較，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，F(xiàn)′和F大小相等、方向相同．二、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、彈簧測力計(jì)(兩個(gè))、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(多個(gè))．三、實(shí)驗(yàn)步驟1．用圖釘把白紙釘在水平桌面的方木板上．2．用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套．3．用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別勾住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長到某一位置O，如圖所示，記錄兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩細(xì)繩的方向．4．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩個(gè)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線，此對(duì)角線即為合力F的圖示．5．只用一個(gè)彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向，用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出這個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F′的圖示．6．比較力F′與用平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同．7．改變兩個(gè)力F1與F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．四、注意事項(xiàng)1．同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧測力計(jì)的選取方法是：將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互勾對(duì)拉，若兩只彈簧測力計(jì)在對(duì)拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直至相同為止．2．在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長時(shí)，結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同．3．用兩只彈簧測力計(jì)勾住繩套互成角度地拉橡皮條時(shí)，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．4．讀數(shù)時(shí)應(yīng)注意使彈簧測力計(jì)與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧測力計(jì)的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計(jì)的外殼與彈簧測力計(jì)的限位卡之間有摩擦．讀數(shù)時(shí)眼睛要正視彈簧測力計(jì)的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些．5．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(gè)點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連接，即可確定力的方向．6．在同一次實(shí)驗(yàn)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．五、誤差分析1．彈簧測力計(jì)本身的誤差．2．讀數(shù)誤差和作圖誤差．3．兩分力F1、F2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差也越大．

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第28～29頁)

對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)誤差的分析【例1】在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，若由于F1的誤差使F1與F2的合力F方向略向左偏，如圖所示，但F大于等于F′，引起這一結(jié)果的原因可能是F1的大小比真實(shí)值偏________，F(xiàn)1的方向使它與F2的夾角比真實(shí)值偏________．思路點(diǎn)撥：由F′和F2，根據(jù)平行四邊形定則作出F1的真實(shí)值F10，由作出的圖判斷出F1和F10的關(guān)系．解析：作平行四邊形合成圖如圖，F(xiàn)1的真實(shí)值為F10.合力的真實(shí)值為F′，F(xiàn)1為測量值，合力的測量值為F，由圖可知，F(xiàn)1的大小比真實(shí)值F10偏大，F(xiàn)1的方向使它與F2的夾角比真實(shí)值偏大，大于α0.答案：大大作圖法是物理學(xué)的重要研究方法之一，也是分析問題的一種方法．在復(fù)習(xí)過程中要有意識(shí)地進(jìn)行訓(xùn)練．【例2】將橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，另一端拴上兩根細(xì)繩．每根細(xì)繩分別連著一個(gè)量程為5N、最小刻度為0.1N的彈簧測力計(jì)．沿著兩個(gè)不同的方向拉彈簧測力計(jì)，當(dāng)橡皮條的活動(dòng)端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩根細(xì)繩相互垂直，如圖(甲)所示，這時(shí)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)可以從圖中讀出．(1)由圖(甲)可讀得兩個(gè)相互垂直的拉力大小分別為______N和______N．(只需讀到0.1N)；(2)在圖(乙)的虛線方格上按作圖法的要求畫出這兩個(gè)力及它們的合力．思路點(diǎn)撥：(1)讀彈簧測力計(jì)示數(shù)時(shí)，應(yīng)注意首先找零刻度，尤其是豎直放置的那個(gè)彈簧測力計(jì)是倒置的，它的零刻度在下方．(2)作圖時(shí)要首先定好坐標(biāo)，先畫出兩個(gè)力的圖示，再根據(jù)力的平行四邊形定則作出合力．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查解析：(1)由圖讀出水平方向彈簧測力計(jì)的示數(shù)為4.0N，豎直方向彈簧測力計(jì)的示數(shù)為2.5N.(2)作圖如圖所示．答案：(1)4.0

2.5

(2)見解析注意彈簧測力計(jì)的最小刻度和量程，按題目要求或有效數(shù)字規(guī)則進(jìn)行讀數(shù)，才能得到正確的測量結(jié)果；認(rèn)真作圖是得到正確結(jié)果的保證，應(yīng)恰當(dāng)選取合適的標(biāo)度．實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新【例3】(2009年山東卷)某同學(xué)在家中嘗試驗(yàn)證平行四邊形定則，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(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個(gè)釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點(diǎn)為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物．如圖所示．(1)為完成該實(shí)驗(yàn)，下述操作中必需的是________．a(chǎn)．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(diǎn)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(yàn)證，可采用的方法是________________________________________________________________________．解析：(1)三條相同的橡皮筋，具有相同的勁度系數(shù)，故三條橡皮筋的形變量的大小關(guān)系代表了三條橡皮筋承受的力的大小，故必需b、c項(xiàng)．A、B兩點(diǎn)固定，O點(diǎn)的位置則決定了三個(gè)力的方向(因繩中的力恒沿繩的方向)，故必需d項(xiàng)．(2)最簡便的方法是：更換不同的小重物．若沒有“釘子位置固定”的話，改變A、B釘?shù)奈恢靡嗫桑鸢福?1)b、c、d

(2)更換不同的小重物等效替代法是把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉(zhuǎn)化為簡單的物理現(xiàn)象、物理過程來研究和處理的一種科學(xué)思想方法，它是物理實(shí)驗(yàn)的一種重要方法．

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第29頁)(2010年天津卷，9(2))在探究求合力的方法時(shí)，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩．實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條．①實(shí)驗(yàn)對(duì)兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法是正確的________(填字母代號(hào))A．將橡皮條拉伸相同長度即可B．將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C．將彈簧秤都拉伸到相同刻度D．將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置②同學(xué)們?cè)诓僮鬟^程中有如下議論，其中對(duì)減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是________(填字母代號(hào))A．兩細(xì)繩必須等長B．彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C．用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大D．拉橡皮條的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些解析：①合力與分力為等效替代關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中力的效果是使橡皮條發(fā)生形變，兩次橡皮條形變大小和方向相同則效果相同，所以BD正確．②實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩的作用是用來確定彈簧秤的拉力方向，兩繩是否等長不會(huì)影響測量結(jié)果，所以A錯(cuò)誤；要減小實(shí)驗(yàn)誤差，彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，B正確；用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)，要求兩彈簧秤示數(shù)不要太大(以防合力大于彈簧秤量程)、也不要太小(減小相對(duì)誤差)，對(duì)二者示數(shù)之差無特別要求，故C錯(cuò)誤；通過細(xì)繩記錄力的方向時(shí)，不可避免的存在誤差．兩標(biāo)記點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些，可減小方向誤差，D正確．答案：①BD

②BD本題考查驗(yàn)證力的平行四邊形定則，應(yīng)關(guān)注實(shí)驗(yàn)原理及操作注意事項(xiàng)．

(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第223頁)【測控導(dǎo)航】考點(diǎn)題號(hào)1.實(shí)驗(yàn)原理1、22.實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理3、4、51.(2010年長沙模擬)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”中，用兩只彈簧測力計(jì)分別勾住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使它伸長到某一位置O，此時(shí)必須記錄的是________(填字母代號(hào))．A．O點(diǎn)的位置B．橡皮條固定端位置C．兩只彈簧測力計(jì)的讀數(shù)D．兩條細(xì)繩套之間的夾角E．兩條細(xì)繩套的方向F．橡皮條的伸長長度答案：ACE2．(2010年上海市模擬)在做“互成角度的兩個(gè)力的合成”的演示實(shí)驗(yàn)中，下列敘述中正確的是(

AC

)A．兩彈簧測力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮條的拉力大B．若橡皮條的拉力是合力，則兩彈簧測力計(jì)的拉力是分力C．兩次拉橡皮條時(shí)，需將橡皮條拉到同一位置，這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計(jì)拉的效果相同D．若只增大某一只彈簧測力計(jì)的拉力大小，而又要保證橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測力計(jì)拉力的大小即可解析：當(dāng)兩彈簧測力計(jì)夾角較大時(shí)，合力小于彈簧測力計(jì)的拉力大小，即兩彈簧測力計(jì)的拉力可以同時(shí)比橡皮條的拉力大，A正確；若橡皮條的拉力是合力，則其兩個(gè)分力與兩彈簧測力計(jì)的拉力平衡，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)效果是指橡皮條的形變大小和方向，將橡皮條拉到同一位置，則兩次彈簧測力計(jì)拉的效果相同，所以C正確；只增大某一只彈簧測力計(jì)的拉力大小，而合力不變，則另一只彈簧測力計(jì)拉力的方向一定變化，故D錯(cuò)誤．3．(1)某同學(xué)做“互成角度的兩個(gè)力合成”實(shí)驗(yàn)時(shí)得出如圖所示的結(jié)果(圖中F′與O共線)，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩套的結(jié)點(diǎn)，圖中________是F1和F2合力的理論值，圖中________是F1和F2合力的實(shí)驗(yàn)值，通過本實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證____________．(2)在“互成角度的兩個(gè)力合成”實(shí)驗(yàn)中，用A、B兩只彈簧測力計(jì)把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O，這時(shí)AO、BO間夾角∠AOB<90°，如圖所示，現(xiàn)改變彈簧測力計(jì)A的拉力方向，使α角減小，但不改變它的拉力大小，那么要使結(jié)點(diǎn)仍被拉到O點(diǎn)，就應(yīng)調(diào)節(jié)彈簧測力計(jì)B的拉力大小及β角，在下列調(diào)整方法中，哪些是可行的________．A．增大B的拉力，增大β角B．B的拉力大小不變，減小β角C．增大B的拉力，減小β角D．B的拉力大小不變，增大β角

解析：(1)圖中F為以F1、F2為鄰邊，利用平行四邊形定則求出的理論值，F(xiàn)′為F1、F2合力的實(shí)驗(yàn)值．(2)當(dāng)彈簧測力計(jì)A的大小不變，α角減小時(shí)，則垂直橡皮條方向分力增加，沿橡皮條方向分力減?。菇Y(jié)點(diǎn)位置不變，則在垂直橡皮條方向合力為零，沿橡皮條方向兩彈簧測力計(jì)拉力合力不變，故可行的調(diào)整方法為AC項(xiàng)．答案：(1)F

F′互成角度的兩個(gè)力合成遵循平行四邊形定則(2)AC4．在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，將橡皮條的一端固定在豎直放置的木板上，另一端系上兩根細(xì)繩OA、OB，O為兩細(xì)繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn)，細(xì)繩OA跨過釘在木板上的光滑的釘子C，下端掛重力已知的鉤碼，細(xì)繩OB用一個(gè)彈簧測力計(jì)勾住，如圖所示，可以通過改變鉤碼的個(gè)數(shù)和彈簧測力計(jì)的拉力調(diào)整橡皮條與兩細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)O的位置．(1)某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng)，其中正確的是(

CD

)A．兩細(xì)繩的夾角必須成90°，以便于算出兩細(xì)繩的合力B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上C．在使用彈簧測力計(jì)時(shí)要注意使彈簧測力計(jì)與木板平面平行D．只用彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩拉橡皮條時(shí)結(jié)點(diǎn)O達(dá)到的位置應(yīng)與鉤碼、彈簧測力計(jì)同時(shí)拉時(shí)相同(2)圖中OC與橡皮條延長線的夾角為α，細(xì)繩OB與橡皮條延長線的夾角為β，且α＋β>90°，下列操作正確的是(

BD

)A．增加鉤碼個(gè)數(shù)后，為使結(jié)點(diǎn)位置不變，應(yīng)減小β，同時(shí)減小彈簧測力計(jì)的拉力B．增加鉤碼個(gè)數(shù)后，為使結(jié)點(diǎn)位置不變，應(yīng)增大β，同時(shí)增大彈簧測力計(jì)的拉力C．保持鉤碼個(gè)數(shù)不變，將釘子向左移動(dòng)一些，為使結(jié)點(diǎn)位置不變，應(yīng)增大β，同時(shí)增大彈簧測力計(jì)的拉力D．保持鉤碼個(gè)數(shù)不變，將釘子向左移動(dòng)一些，為使結(jié)點(diǎn)位置不變，應(yīng)減小β，同時(shí)增大彈簧測力計(jì)的拉力解析：(1)兩細(xì)繩的夾角不一定成90°，兩分力不一定相等，因此橡皮條不一定與兩繩夾角的平分線在同一直線上．(2)增加鉤碼個(gè)數(shù)后，結(jié)點(diǎn)向左下移，要使結(jié)點(diǎn)還在原位，若減小β，同時(shí)減小彈簧測力計(jì)的拉力會(huì)使結(jié)點(diǎn)偏離更遠(yuǎn)；應(yīng)增大β，同時(shí)增大彈簧測力計(jì)的拉力；保持鉤碼個(gè)數(shù)不變，將釘子向左移動(dòng)一些，即OC方向上的力大小不變，使力的方向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，為使結(jié)點(diǎn)位置不變，由于α＋β>90°，從圖可以看出，β肯定減小，F(xiàn)2肯定增大．B、D正確．F11.0010.580…1.002…F2－0.868－0.291…0.865…θ30°60°