高考總復(fù)習(xí)驗證力的平行四邊形定則課件

(對應(yīng)學(xué)生用書P34)一、實(shí)驗?zāi)康尿炞C互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則．二、實(shí)驗器材方木板一塊，白紙，彈簧測力計(兩個)，橡皮條一段，細(xì)繩(兩條)，白紙，刻度尺，三角板，圖釘，鉛筆．三、實(shí)驗原理等效法：使一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的共同作用效果相同，都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點(diǎn)，則力F′就是這兩個力F1、F2的合力．作出F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1、F2的合力F的圖示，比較F和F′的大小和方向是否相同，從而驗證力的平行四邊形定則．四、實(shí)驗步驟1.在桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上．2.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套．6．只用一個彈簧秤，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，讀出彈簧秤的示數(shù)，并記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力F′的圖示．7.比較力F′與F的大小和方向，看它們在一定范圍內(nèi)是否相等．8．改變兩個分力的大小和夾角，再做兩次實(shí)驗．問題探究每次實(shí)驗都必須保證結(jié)點(diǎn)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(shí)驗保證結(jié)點(diǎn)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)中等效替換的思想方法．由于力不僅有大小，還具有方向，所以兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點(diǎn)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．(對應(yīng)學(xué)生用書P35)要點(diǎn)一誤差分析1.讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法：選擇相同的彈簧測力計并調(diào)整好零刻度；彈簧測力計數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些，讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄．要點(diǎn)二注意事項1.同一實(shí)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)零后互鉤對拉，若兩只彈簧測力計在對拉過程中，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)驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同．3.用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．4.讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧測力計的軸線在同一條直線上，避免彈簧測力計的外殼與彈簧測力計的限位卡之間有摩擦．讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，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．要點(diǎn)三實(shí)驗改進(jìn)本實(shí)驗用一個彈簧測力計也可以完成實(shí)驗，具體操作如下：(1)把兩條細(xì)繩中的一條細(xì)繩與彈簧測力計連接，另一條細(xì)繩用手直接抓住，然后同時拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，記下兩條細(xì)繩的方向和彈簧測力計的示數(shù)F1.(2)放回橡皮條后，將彈簧測力計連接到另一細(xì)繩上，用手再同時拉這兩條細(xì)繩，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，并使兩條細(xì)繩位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計的示數(shù)F2.其他步驟與提供兩彈簧測力計相同．這種操作的優(yōu)點(diǎn)是能減小因兩彈簧測力計的不同而帶來的誤差，但實(shí)驗過程麻煩．[解析]

從橡皮條固定點(diǎn)到O點(diǎn)的連線，是合力的作用線方向，如果O點(diǎn)變動，那么合力的大小、方向都要變化，就不能驗證力的平行四邊形定則，故A選項錯．C選項中，因一個彈簧秤已拉到最大量程，再通過另一個彈簧秤拉橡皮條到O點(diǎn)時，每一個彈簧秤都可能超過最大量程，造成損壞，或讀數(shù)不準(zhǔn)，故C選項錯．該實(shí)驗是利用平行四邊形定則進(jìn)行合成，兩個分力成任意角度都適用，不必成90°，故D選項錯．[答案]

ACD(對應(yīng)學(xué)生用書P35)題型一實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理例1將橡皮筋的一端固定在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(diǎn)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．(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)在如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．(3)下圖中(A)(B)兩圖是兩位同學(xué)得到的實(shí)驗結(jié)果，其中哪一個圖符合實(shí)際？若合力測量值F′是準(zhǔn)確的，則F與F′有誤差的原因可能是哪些？(2)取一個小方格的邊長表示0.50N，作出兩個力及它們的合力如圖．(3)F′是用一個測力計拉橡皮條所得到的，其方向一定在橡皮條所在直線上，所以(B)圖符合實(shí)際．誤差的原因主要是彈簧測力計讀數(shù)誤差，確定分力方向不夠準(zhǔn)確等原因．[答案]

(1)2.504.00(2)見解析(3)(B)圖誤差原因見解析題型二實(shí)驗方法的遷移例2在課外活動小組進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的過程中，某研究小組設(shè)計了一個實(shí)驗來驗證力的平行四邊形定則，其設(shè)計方案為：用三根相同的橡皮帶、四個圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板來驗證力的平行四邊形定則．其步驟如下：①將拴有橡皮條的圖釘A、B適當(dāng)張開釘在木板上，拉第三根橡皮條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點(diǎn)處的圖釘O靜止時，釘下C圖釘，并記錄圖釘O的位置和圖釘A、B、C的位置．②將x1、x2、x3按一定比例圖示表示出來，以x1、x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對角線OC′，比較OC′與OC的長度(即x3的長度)及方向，若相等，且在一條直線上，則達(dá)到目的，若OC′與OC有一微小夾角θ，則有誤差(如圖實(shí)所示)：③測出此時這三根橡皮條的長度L1、L2、L3，分別算出它們的伸長量x1＝L1－L0，x2＝L2－L0，x3＝L3－L0.④將三根橡皮條的一端都拴在一個圖釘O上，將這三根橡皮條的另一端分別拴上圖釘A、B、C，注意此時四個圖釘均未固定在板上．⑤用刻度尺測出橡皮條的自由長度L0，注意從圖釘腳之間測起．[嘗試解答]

(1)該實(shí)驗的過程中應(yīng)該首先將三根橡皮條拴在圖釘上，這樣便于測橡皮條的原長，之后就要固定兩個圖釘拉第三個圖釘?shù)竭m當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行實(shí)驗，把第三個圖釘也固定好后就可測每根橡皮條的長度并計算出伸長量，最后按照胡克定律轉(zhuǎn)換成力作出力的圖示進(jìn)行實(shí)驗研究，所以正確的實(shí)驗步驟是④⑤①③②.(2)該實(shí)驗的關(guān)鍵是應(yīng)用三個共點(diǎn)力平衡的推論進(jìn)行實(shí)驗原理的改進(jìn)，應(yīng)用胡克定律將測量力的大小轉(zhuǎn)換為測橡皮條的長度，所以選項A、B都正確；任何實(shí)驗都有誤差，誤差是不可避免的，不能因為有誤差就把實(shí)驗完全否定，故選項C錯誤；實(shí)驗的誤差有系統(tǒng)誤差和偶然誤差，都是不可避免的，該實(shí)驗也是一樣的，從系統(tǒng)誤差來看，影響該實(shí)驗的主要因素不是原理，而是器材，特別是橡皮條的長短和粗細(xì)，所以說三根橡皮條不能做到粗細(xì)、長短完全相同，是該實(shí)驗的主要誤差來源之一，故選項D也是對的，所以正確選項為A、B、D.[答案](1)④⑤①③②(2)A、B、D(對應(yīng)學(xué)生用書P36)1．在“互成角度的兩個共點(diǎn)力的合成”的實(shí)驗中，采取下列哪些措施可減小實(shí)驗誤差()A．兩個分力F1、F2間夾角要盡量大些B．兩個分力F1、F2大小要盡量大些C．拉橡皮條的細(xì)繩要稍長些D．實(shí)驗前，先把所用的兩個彈簧秤的鉤子相互鉤住，平放在桌子上，向相反的方向拉動，檢查讀數(shù)是否相同2．某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”實(shí)驗時，主要步驟是：()A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一只彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(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．比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論．上述步驟中：(1)有重要遺漏的步驟的序號是________和________；(2)遺漏的內(nèi)容分別是________和________．(1)試在圖(a)中作出無實(shí)驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力．(2)有關(guān)此實(shí)驗，下列敘述正確的是()A．兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力C．兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同D．若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可(3)圖(b)所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實(shí)驗比較符合實(shí)驗事實(shí)？(力F′是用一只彈簧測力計拉時的圖示)答：__________________________________________.(4)在以上實(shí)驗結(jié)果比較符合實(shí)驗事實(shí)的一位同學(xué)中，造成誤差的主要原因是：(至少寫出兩種情況)答：______________________________________________________________________________________.[解析]

(1)用平行四邊形定則作圖，即以F1、F2為兩鄰邊作平行四邊形，對角線OF就表示合力F.(標(biāo)上箭頭表明方向)(2)兩分力可以同時大于合力，故A正確；結(jié)點(diǎn)受三個力作用處于平衡狀態(tài)，其中兩彈簧測力計的拉力的合力與第三個力——橡皮筋的拉力等大反向，是一對平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B錯；只有保證結(jié)點(diǎn)在同一位置才能說明作用效果相同，故C對；若兩個分力的大小變化而方向都不變，則合力必定變化，故D錯.

(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線，單個彈簧測力計的拉力F′一定與橡皮筋共線，故張華的實(shí)驗比較符合實(shí)驗事實(shí).(4)F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左．作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行.[答案]

(1)如圖所示(2)A、C(3)張華做的符合實(shí)驗事實(shí)(4)見解析

4．在探究力的合成的實(shí)驗中，橡皮條的一端固定在P點(diǎn)，另一端被A、B兩只彈簧測力計拉伸至O點(diǎn)，F(xiàn)1、F2分別表示A、B兩只彈簧測力計的讀數(shù)，如圖所示．使彈簧測力計B從圖示位置開始順時針緩慢轉(zhuǎn)動，在這一過程中保持O點(diǎn)和彈簧測力計A的拉伸方向不變，則在整個過程中兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2的變化是()A．F1減小，F(xiàn)2減小B．F1減小，F(xiàn)2增大C．F1減小，F(xiàn)2先增大后減小D．F1減小，F(xiàn)2先減小后增大[解析]

由于結(jié)點(diǎn)O的位置不變，所以F1和F2的合力大小和方向不變，畫出平行四邊形如圖所示，彈簧測力計A的拉伸方向不變，則F1的方向不變，彈簧測力計B順時針轉(zhuǎn)動過程中，F(xiàn)2的大小和方向均不斷改變，圖中畫出彈簧測力計B轉(zhuǎn)動過程中的三個位置，兩彈簧測力計的讀數(shù)分別為F1′和F2′、F1″和F2″、F1和F2，觀察表示力大小的有向線段的長短變化，可以看出彈簧測力計A的讀數(shù)F1一直逐漸減小，而彈簧測力計B的讀數(shù)F2先減小后增大，當(dāng)彈簧測力計B轉(zhuǎn)動至與彈簧測力計A垂直時F2最小．[答案]

D5．(2011·廣州測試)“驗證力的平行四邊形定則”實(shí)驗中(1)部分實(shí)驗步驟如下，請完成有關(guān)內(nèi)容：A．將一根橡皮筋的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上，另一端綁上兩根細(xì)線．B．其中一根細(xì)線掛上5個質(zhì)量相等的鉤碼，使橡皮筋拉伸，如圖甲所示，記錄：________、________、________.C．將步驟B中的鉤碼取下，分別在兩根細(xì)線上掛上4個和3個質(zhì)量相等的鉤碼，用兩光滑硬棒B、C使兩細(xì)線互成角度，如圖乙所示，小心調(diào)整B、C的位置，使________，記錄________．(2)如果“力的平行四邊形定則”得到驗證，那么圖乙中cosαcosβ＝________.6．小明同學(xué)在學(xué)完力的合成與分解后，想在家里做實(shí)驗驗證力的平行四邊形定則．他從學(xué)校的實(shí)驗室里借來兩只彈簧測力計，按如下步驟進(jìn)行實(shí)驗.A．在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧彈力的大小和方向B．在一只彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯，記下靜止時彈簧測力計的讀數(shù)FC．將一根大約