實驗驗證力的平行四邊形定則

實驗：驗證力的平行四邊形定則當(dāng)前1頁，總共41頁。

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?當(dāng)前2頁，總共41頁。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。當(dāng)前3頁，總共41頁。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)當(dāng)前4頁，總共41頁。驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則【實驗?zāi)康摹慨?dāng)前5頁，總共41頁。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】當(dāng)前6頁，總共41頁。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】當(dāng)前7頁，總共41頁。(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?！緦嶒灢襟E】當(dāng)前8頁，總共41頁。(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。EA注意：請設(shè)計好伸長結(jié)點的位置，以便作圖。當(dāng)前9頁，總共41頁。(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)。F1OF2AE示數(shù)示數(shù)當(dāng)前10頁，總共41頁。(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。F1F2Fo當(dāng)前11頁，總共41頁。(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。OEF/F1FF2F/當(dāng)前12頁，總共41頁。(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。F1FF/oF/是理論值，F(xiàn)是實驗值F2當(dāng)前13頁，總共41頁。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。當(dāng)前14頁，總共41頁。實驗過程展示當(dāng)前15頁，總共41頁。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】當(dāng)前16頁，總共41頁。3.兩個分力的起始夾角α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α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.當(dāng)前17頁，總共41頁。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】當(dāng)前18頁，總共41頁。(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．當(dāng)前19頁，總共41頁。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．當(dāng)前20頁，總共41頁。(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。當(dāng)前21頁，總共41頁。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】當(dāng)前22頁，總共41頁。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.當(dāng)前23頁，總共41頁。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.當(dāng)前24頁，總共41頁?！镜淅?】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．當(dāng)前25頁，總共41頁。解析：由題設(shè)可知，F(xiàn)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．當(dāng)前26頁，總共41頁?！镜淅?】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.當(dāng)前27頁，總共41頁。(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.當(dāng)前28頁，總共41頁。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．當(dāng)前29頁，總共41頁。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。當(dāng)前30頁，總共41頁。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。當(dāng)前31頁，總共41頁。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當(dāng)前32頁，總共41頁。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：①___________;②___________;③___________.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______.當(dāng)前33頁，總共41頁?！窘忸}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)當(dāng)前34頁，總共41頁。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.當(dāng)前35頁，總共41頁。(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_______________________________.當(dāng)前36頁，總共41頁。【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，故實驗要當(dāng)前37頁，總共41頁。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)量當(dāng)前38頁，總共41頁。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已于右圖中作出了它們的圖示，O點是橡皮條的一個端點，圖中每格的長度代表1N