實驗驗證力的平行四邊形定則市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

試驗3:驗證力平行四邊形定則

【試驗?zāi)繕?biāo)】

驗證力平行四邊形定則.【試驗器材】

方木板、白紙、彈簧秤(兩個)、橡皮條、細(xì)繩(兩條)、刻度尺、三角板、圖釘、鉛筆.【試驗原理】

比較試驗中測出協(xié)力和依據(jù)平行四邊形作出對角線,兩者大小和方向是否在試驗誤差允許范圍內(nèi)相同,可確定是否到達(dá)了驗證平行四邊形定則目標(biāo).第1頁【試驗步驟】1.在桌上平放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙固定在方木板上.2.用圖釘把橡皮條一端固定在板上A點,在橡皮條另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩另一端系著繩套.3.用兩個彈簧秤分別鉤住兩個繩套,互成角度地拉橡皮條同一結(jié)點,使橡皮條伸長,結(jié)點抵達(dá)某一位置O(如圖所表示).4.用鉛筆記下O點位置和兩條細(xì)繩方向,讀出兩個彈簧秤示數(shù).5.用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點沿著兩條細(xì)繩方向畫直線,按照一定標(biāo)度作出兩個力F1和F2圖示,用平行四第2頁

邊形定則求出協(xié)力F.6.只用一個彈簧秤,經(jīng)過細(xì)繩把橡皮條結(jié)點拉到一樣位置O,讀出彈簧秤示數(shù),記下細(xì)繩方向,按同一標(biāo)度作出這個力F′圖示.7.比較力F′與F大小和方向,看它們在試驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等.8.改變兩個分力大小和夾角,再做兩次試驗.

【注意事項】

1.使用彈簧秤前,應(yīng)先調(diào)整零刻度,使用時不超量程,拉彈簧秤時,應(yīng)使彈簧秤與方木板平行.2.在同一次試驗中,橡皮條伸長時結(jié)點位置要相同.3.兩拉力F1和F2夾角不宜過小,作力圖示,標(biāo)度要一致.第3頁【例1】如圖所表示是甲、乙兩名同學(xué)在做“驗證力平行四邊形定則”試驗時得到結(jié)果.若按試驗中要求符號表示各個力,則可判定其中哪一個試驗結(jié)果是尊重試驗事實?

第4頁【思緒剖析】

(1)符號F、F′含義各是什么?

答

F表示F1與F2兩力共同作用效果即為協(xié)力,由平行四邊形定則確定.F′表示用單獨一個測力計測出F1與F2效果.(2)哪一個試驗結(jié)果尊重試驗事實?

答因為F′為單獨一個測力計測量使橡皮條結(jié)點伸長到同一點O,故F′應(yīng)在AO直線上,所以甲符合試驗事實.(3)F與F′出現(xiàn)偏差原因是什么?

答主要原因有兩個方面,一個是測力計本身準(zhǔn)確度不夠高,

讀數(shù)出現(xiàn)偏差;另一個是作圖時誤差.

答案

甲第5頁【例2】在兩個共點力合成試驗中,如圖所示,用A、B兩個測力計拉橡皮條結(jié)點D,

使其位于E處,α+β=90°,然后保持A讀數(shù)不變,當(dāng)角α由圖示位置逐步減小時,欲使結(jié)點仍在E處,可采取方法是（）

A.增大B讀數(shù),減小β角 B.減小B讀數(shù),減小β角C.減小B讀數(shù),增大β角 D.增大B讀數(shù),增大β角第6頁【思緒剖析】

(1)題目中欲使結(jié)點仍在E處含義是什么?

答結(jié)點仍在E處含義是A、B協(xié)力不變,即矢量EC大小、方向不變.(2)題目中條件α+β=90°作用是什么?

答如右圖所表示,表示開始EA⊥AC,當(dāng)α減小后,矢量EA箭頭離開AC,抵達(dá)EA′位置.(3)怎樣確定測力計B改變?第7頁

答由作圖法,連接A′C,由矢量三角形關(guān)系,能夠顯著看出B讀數(shù)減小了,β角也減小了.(4)該題假如改為α增大,B示數(shù)及β角又怎樣改變呢?

答用上述一樣作圖法,能夠確定B讀數(shù)增大了,β角仍減小了.(5)假如題目中沒有α+β=90°條件,則情況又怎樣呢?

答這時要分情況討論了:①若α+β<90°,當(dāng)α減小時,B

示數(shù)減小,β角減小;②若α+β>90°時,當(dāng)α減小時,B

示數(shù)減小,β角增大.

答案

B第8頁【例3】在“驗證力平行四邊形定則”試驗中,以下哪些方法可減小試驗誤差? ()A.兩個分力F1、F2間夾角要盡可能大些

B.兩個分力F1、F2大小要盡可能大些

C.拉橡皮條細(xì)繩要稍長些

D.試驗中,彈簧秤必須與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度

【思緒剖析】(1)兩個分力F1、F2間夾角在什么范圍為宜?

答假如夾角太大,用平行四邊形作圖得出協(xié)力F誤差也大,假如夾角太小,當(dāng)F1、F2讀數(shù)較大時,協(xié)力較大,這樣就會超出一個彈簧秤直接測量量程,使試驗無法進(jìn)行.

所以,夾角在60°到90°較適宜.(2)兩個彈簧秤示數(shù)取多大為宜?第9頁

答假如彈簧秤讀數(shù)取太小,準(zhǔn)確度差,讀數(shù)誤差大,假如讀數(shù)在彈簧秤量程三分之二以上,則準(zhǔn)確度高,誤差小,所以,

F1、F2讀數(shù)應(yīng)盡可能大些.(3)拉橡皮條細(xì)繩長度有什么要求?

答假如細(xì)繩長度太短,因為彈簧秤外殼存在一定厚度,

那么兩個彈簧秤所拉兩條細(xì)繩組成平面與木板平面間夾角會太大,這么會造成較大誤差,反之,假如細(xì)繩長一些,

兩繩組成平面便越靠近木板平面,誤差便小一些.(4)為了減小誤差,該試驗還可采取哪些辦法?

答橡皮條結(jié)點用另一短繩延伸,兩彈簧秤細(xì)繩與該短繩組成一個很小結(jié)點,作為本試驗觀察“結(jié)點”;作圖鉛筆應(yīng)削尖一些;作圖時單位長度稍取大一些;圖形適當(dāng)布局大一些;嚴(yán)格用兩塊三角板畫平行四邊形.

答案

BCD第10頁1.僅用一個彈簧秤驗證力平行四邊形定則【例4】在“驗證力平行四邊形定則”試驗中,除了供給其他各個必要器材外,只給了一個彈簧秤.能否做好本試驗?

如能,請簡明說明怎樣操作?

答案能夠.在固定好白紙和橡皮條以后,用彈簧秤拉一個細(xì)繩、用手拉另一個細(xì)繩(兩繩間有一不為零夾角),把細(xì)繩和橡皮條結(jié)點拉至某一位置O.記下位置O、兩條細(xì)繩方向、彈簧秤示數(shù)F1.然后用彈簧秤拉另一條細(xì)繩,用手拉前一次彈簧秤拉那條細(xì)繩,使結(jié)點依然抵達(dá)位置O.方法巧用第11頁

同時使兩細(xì)繩和前一次拉動時畫下兩條直線重合,記下此時彈簧秤示數(shù)F2.以F1、F2為鄰邊作平行四邊形,求出合力理論值F.上述操作完成試驗內(nèi)容,相當(dāng)于用兩個彈簧秤同時拉動橡皮條所完成試驗內(nèi)容,其它試驗步驟和有兩個彈簧情況下試驗完全相同.

不過,按照此種方法操作,會帶來新試驗誤差,原因是在第二次拉動橡皮條時,要想在結(jié)點抵達(dá)位置O同時,兩根細(xì)繩和前一次拉動時畫下直線完全重合是不可能,一定會有偏差.2.僅用橡皮條驗證平行四邊形法則第12頁

【例5】請不用彈簧秤,只用三條相同橡皮條、四個圖釘、一把直尺和一支鉛筆、三張白紙、平木板來驗證平行四邊形法則.

解析

僅用橡皮條也可驗證平行四邊形定則,其步驟、方法以下:(1)將三條橡皮條一端都拴在一個圖釘O上,將這三條橡皮條另一端分別再拴一個圖釘A、B、C,注意此時四個圖釘均未固定在板上,如右圖所表示.(2)用直尺測出橡皮條自由長度L0,注意從圖釘腳之間測起.(3)將拴有橡皮條圖釘A、B適當(dāng)張開釘在木板上,拉第三

根橡皮條C,即使三條橡皮條互成角度拉伸,待節(jié)點處圖第13頁

釘O靜止時,釘下C圖釘,并統(tǒng)計圖釘O位置(注意此時O圖釘不能釘)統(tǒng)計圖釘A、B、C位置.(此時圖釘有孔,不需鉛筆)(4)測出這三條橡皮條長度L1、L2、L3,分別算出它們伸長量X1=L1-L0,X2=L2-L0,X3=L3-L0.(5)將X1、X2、X3按一定百分比圖示出來,以X1、X2為鄰邊作平行四邊形,求出其對角線OC′.比較OC′與OC長度

(即X3長度),假如相等,且在一條直線上,則到達(dá)目標(biāo).若

OC′與OC有一微小夾角θ,則有誤差(如上圖所表示).

本試驗是依據(jù)圖釘O受到三個平面共點力而靜止.任意兩個力協(xié)力與第三個力大小相等方向相反原理.

答案看法析第14頁1.在做“互成角度兩個力合成”試驗時,橡皮條一端固定在木板上,用兩個彈簧秤把橡皮條另一端拉到某一確定

O點,以下操作中錯誤是 ()A.同一次試驗過程中,O點位置允許變動

B.試驗中,彈簧秤必須與木板平行,讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度

C.試驗中,先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程,

然后只需調(diào)整另一彈簧秤拉力大小和方向,把橡皮條另一端拉到O點

D.試驗中,把橡皮條另一端拉到O點時,兩彈簧秤之間夾角應(yīng)取90°,方便于算出協(xié)力大小第15頁

解析

從橡皮條固定點到O點連線方向,是協(xié)力作用線方向,假如O點變動,那么協(xié)力大小、方向都要改變,就不能驗證力平行四邊形定則,故A選項錯.C選項中,因一個彈簧秤已拉到最大量程,再經(jīng)過另一個彈簧秤拉橡皮條到O點時,第一個彈簧秤可能超出最大量程,造成損壞,或讀數(shù)不準(zhǔn),

故C選項錯.互成角度兩個力合成,是利用平行四邊形定則合成,兩個分力成任意角度都適用,無須成90°角,故D

選項錯.

答案

ACD第16頁2.在驗證力平行四邊形定則試驗中,使b彈簧秤按圖所表示位置開始順時針遲緩轉(zhuǎn)動,在這過程中保持O點位置不變和a彈簧秤拉伸方向不變,則在整個過程中關(guān)于a、b彈簧秤讀數(shù)改變是 ()A.a增大,b減小 B.a減小,b增大

C.a減小,b先增大后減小 D.a減小,b先減小后增大解析

如右圖所表示,a示數(shù)不停減小,b示數(shù)先減小后增大.D第17頁3.將橡皮筋一端固定在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彈簧測力計.沿著兩個不一樣方向拉彈簧測力計.

當(dāng)橡皮筋活動端拉到O點時,兩根細(xì)繩相互垂直,如圖所示.這時彈簧測力計讀數(shù)可從圖中讀出.(1)由圖可讀得兩個相互垂直拉力大小分別為

N和

N(只需讀到0.1N).(2)在方格紙(見右圖)上按作圖法要求畫出這兩個力及它們協(xié)力.第18頁

解析從圖中可知,彈簧秤最小分度為0.1N,所以,豎直向下彈簧秤讀數(shù)為2.5N,水平向右彈簧秤讀數(shù)為4.0N.

因為讀數(shù)2.5N、4.0N均是0.5N整數(shù)倍,所以,選方格紙中一個小方格邊長表示0.5N,應(yīng)用平行四邊形定則,即可畫出兩個力以及它們協(xié)力,以下列圖所表示.

答案

(1)2.54.0(2)看法析圖第19頁4.在驗證力平行四邊形定則試驗中,兩

彈簧秤拉力圖示在圖中作出,方格每邊

長度表示1N,O是橡皮筋一個端點.

用兩個直角三角板按照作圖法作出協(xié)力F圖示,得到合

力大小為

N.

答案

協(xié)力F圖示以下列圖所表示7第20頁1.C 2.AB 3.試驗中所說協(xié)力與兩分力含有相同效果,是指以下說法中 ()A.彈簧測力計彈簧被拉長

B.固定橡皮條圖釘受拉力產(chǎn)生形變

C.細(xì)繩套受拉力產(chǎn)生形變

D.使橡皮條在某一方向上伸長某一長度D第21頁4.準(zhǔn)確度為0.1mm游標(biāo)卡尺,游標(biāo)尺刻度總長度為9mm,若其最末一個刻度線與主尺44mm刻度線對齊,則游標(biāo)尺第5條刻度線所對著主尺刻度為 ()A.35.0mm B.39.5mmC.43.4mm D.35.4mm

解析

游標(biāo)尺上每刻度為0.9mm,第5條刻線與最末一條刻線距離為0.9×5=4.5mm,所以第5條刻線對齊是與

44mm差4.5mm刻度,故為39.5mm.B第22頁5.關(guān)于游標(biāo)卡尺,以下說法正確是 ()A.利用一對外測量爪可測量圓筒內(nèi)徑

B.利用一對內(nèi)測量爪可測量圓筒外徑

C.利用一對外測量爪可測量籃球直徑

D.利用深度尺可測量槽或孔深度6.A7.BDD第23頁8.以下關(guān)于“探究彈力和彈簧伸長關(guān)系”試驗說法中正確是 ()A.試驗中F詳細(xì)數(shù)值必須計算出來

B.假如沒有測出彈簧原長,用彈簧長度L代替x,F-L也是過原點一條直線

C.利用F-x直線可求出k值

D.試驗時要把全部點連到線上,才能探索得到真實規(guī)律

解析

該試驗研究彈簧彈力與其伸長量之間關(guān)系,能夠用一個鉤碼重力作為彈力單位,所以彈力F詳細(xì)數(shù)值沒必要計算出來,A錯.經(jīng)過試驗可知F∝x(伸長量)是過坐標(biāo)原點一直線,而用L代替x后則F-L圖線不過原點,故B錯.F-x圖線關(guān)系顯示,就是勁度系數(shù)k,故C對.試驗中有數(shù)據(jù)可能存在較大誤差,所以作圖時能夠舍去,無須連到線上,

故D錯.C第24頁9.BD10.如圖甲所表示,一個彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連.當(dāng)對彈簧施加變化作用力(拉力或壓力)時,

在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生彈力大小關(guān)系圖象(如圖乙).則以下判斷正確是 ()A.彈簧產(chǎn)生彈力和彈簧長度成正比

B.彈簧長度增加量與對應(yīng)彈力增加量成正比

C.該彈簧勁度系數(shù)是200N/mD.該彈簧受到反向壓力時,勁度系數(shù)不變BCD第25頁11.“探究彈力和彈簧伸長關(guān)系”試驗中,選取螺旋彈簧如圖甲所表示.(1)將彈簧上端O點固定懸吊在鐵架臺上,旁邊置一刻度尺,刻度尺零刻線跟

O點對齊,在彈簧下端A處做一標(biāo)識(如固定一個指針).在彈簧下端掛鉤上掛上鉤碼(每個鉤碼質(zhì)量都是50g),指針在刻度尺上指示刻度為x.逐一增加所掛鉤碼個數(shù),刻度x隨掛鉤上鉤碼重量F而改變,幾次試驗測得對應(yīng)F、x各點已描繪在圖乙中.由圖象得出彈簧勁度系數(shù)kA=

N/m.(結(jié)果取兩位有效數(shù)字);此彈簧彈力大小F彈跟彈簧伸長量Δx關(guān)系是

.第26頁(2)假如將指針固定在A點下方P處,再作出x隨F改變圖象,得出彈簧勁度系數(shù)與kA相比,可能是 ()A.大于kA B.等于kAC.小于kA D.無法確定

(3)假如將指針固定在A點上方Q處,再作出x隨F改變圖象,得出彈簧勁度系數(shù)與kA相比,可能是 ()A.大于kA B.等于kAC.小于kA D.無法確定解析

(1)依據(jù)試驗數(shù)據(jù)在圖乙上描出點,基本上在同一條直線上,能夠判定F和x間是一次函數(shù)關(guān)系.圖象物理意義是表明彈簧彈力大小和彈簧伸長量大小成正比.由第27頁kA=,可得kA=42N/m.此彈簧彈力大小F彈跟彈簧伸長量Δx關(guān)系是F彈=42ΔxN.(2)假如將指針固定在A點下方P處,在彈簧下端掛鉤上掛上鉤碼時,P點向下移動距離Δx1與A點向下移動距離

Δx相等.若再作出x隨F改變圖象,由kA=知,得出彈簧勁度系數(shù)依然等于kA,應(yīng)選B.(3)假如將指針固定在A點上方Q處,在彈簧下端掛鉤上掛上鉤碼時,Q點向下移動距離Δx2小于A點向下移動距離Δx.若再作出x隨F改變圖象,由kA=知,得出彈簧勁度系數(shù)大于kA,應(yīng)選A.

答案

(1)42(±2)F彈=42Δx(2)B(3)A第28頁12.做“驗證力平行四邊形定則”試驗.試驗步驟以下:(1)在水平放置木板上,固定一張白紙.