高考物理總復(fù)習(xí) 2-8實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件 新人教版.ppt

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,,第8單元 實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證力的平行四邊形定則,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力的平行四邊形定則． 二、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象為繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn)，當(dāng)用一個(gè)力F′，與同時(shí)用兩個(gè)共點(diǎn)力F1、F2拉結(jié)點(diǎn)，使結(jié)點(diǎn)均至O點(diǎn)，說明F′的作用效果，可用F1和F2的合作用效果代替，即F′應(yīng)為F1和F2的合力．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′的大小和方向是否都相同，若相同，則說明互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)遵循平行四邊形定則．,【例1】 在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中所采用的基本原理和研究方法是( ) A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．建立物理模型法 C．控制變量法 D．等效替代法,【解析】 在“探究力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中要求兩次拉橡皮筋的效果相同，故實(shí)驗(yàn)采用了等效替代的方法，選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤． 【答案】 D,三、實(shí)驗(yàn)器材 方木板，白紙，彈簧測力計(jì)(兩只)，橡皮條，細(xì)繩套(兩個(gè))，三角板，刻度尺，圖釘(幾個(gè))．,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上． 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. 用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)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)繩套的方向． 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)度作出這兩只彈簧測力計(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．只用一只彈簧測力計(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)繩套的方向．用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧測力計(jì)的拉力F′的圖示． 6．比較一下，力F′與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．改變兩彈簧測力計(jì)拉力F1和F2的大小和夾角，再重做兩次實(shí)驗(yàn)．,【例2】 在“探究求合力的方法”實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細(xì)繩套和一把彈簧秤． (1)為完成實(shí)驗(yàn)，某同學(xué)另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)k＝53 N/m；,,(2)某次實(shí)驗(yàn)中，彈簧秤的指針位置如圖所示，其讀數(shù)為________N；同時(shí)利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50 N，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出這兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F合； (3)由圖得到F合＝________N.,,【解析】 (2)2.10(說明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02內(nèi)都可)注意估讀，作圖時(shí)注意選取標(biāo)度，都從O點(diǎn)沿力的方向按力的大小作出力的圖示，如圖所示．,,(3)以這兩個(gè)力2.10 N和2.50 N，作為平行四邊形的兩條鄰邊，作平行四邊形，畫出對(duì)角線，用刻度尺量出平行四邊形對(duì)角線的長度除以標(biāo)度，得出F合＝3.3 N，如圖所示． 【答案】 (2)2.10(說明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02內(nèi)都可)，見解析圖 (3)3.3(說明：±0.2內(nèi)都可),一、實(shí)驗(yàn)操作技巧 1．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． 2．用兩只彈簧測力計(jì)鉤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． 3．保證合力和分力共面，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)的外殼和彈簧測力計(jì)的限位孔之間有摩擦，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．,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)繩套上相距較遠(yuǎn)的地方選取兩個(gè)點(diǎn)，去掉細(xì)繩套后，連接兩點(diǎn)，即可確定力的方向． 5．調(diào)零后的彈簧測力計(jì)以兩只互鉤對(duì)拉，讀數(shù)相同為選取準(zhǔn)則． 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．,【例1】 (2010·天津)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________(填選項(xiàng)字母)． 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________(填選項(xiàng)字母)． 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)本實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則，即研究合力與分力的關(guān)系，根據(jù)合力與分力是等效的，本實(shí)驗(yàn)橡皮條兩次沿相同方向拉伸的長度要相同，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；在白紙上標(biāo)下第一次橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)的位置，第二次將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置，表明兩次效果相同，即兩個(gè)拉力和一個(gè)拉力等效，而彈簧秤不必拉到相同刻度，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．,(2)本實(shí)驗(yàn)要求共點(diǎn)力同時(shí)共面，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行，否則，作出的是拉力在紙面上的分力，誤差較大，兩細(xì)繩長度不需要相同， A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；用兩彈簧秤同時(shí)拉細(xì)繩時(shí)彈簧讀數(shù)沒有要求，只要使得兩次橡皮條拉伸到一點(diǎn)即可，C項(xiàng)錯(cuò)誤；彈簧秤標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些，作圖時(shí)產(chǎn)生的角度誤差會(huì)減小，D項(xiàng)正確． 【答案】 (1)BD (2)BD,二、實(shí)驗(yàn)誤差的來源與分析 本實(shí)驗(yàn)誤差除彈簧測力計(jì)本身的誤差外，還有讀數(shù)誤差、作圖誤差．因此，讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄；作圖時(shí)，兩個(gè)分力F1、F2的對(duì)邊一定要平行，兩個(gè)分力間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出合力F的誤差ΔF就越大，所以，實(shí)驗(yàn)中不要把θ取得太大．本實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍是：力的大小ΔF≤5%F，F(xiàn)′與F的夾角θ≤7°.對(duì)于ΔF＝0、θ＝0和ΔF＞5%F、θ＞7°的情況要分析原因．,【例2】 (原創(chuàng)題)如圖所示，是兩位同學(xué)在研究“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”時(shí)所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若F′的作用效果與F1、F2共同作用效果相同，則尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的結(jié)果為( ),,【解析】 若F′的作用效果與F1、F2共同作用效果相同，說明F′為實(shí)驗(yàn)值，F(xiàn)為理論值，故F′一定沿橡皮條方向，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)是有誤差的，選項(xiàng)C屬于假實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，湊的數(shù)據(jù)，選項(xiàng)A更尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)的結(jié)果，可見選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤． 【答案】 A,【學(xué)法指導(dǎo)】 實(shí)驗(yàn)必有誤差，A圖中F與F′誤差較大的原因可能是，①F1的方向比真實(shí)值方向偏左，②F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)值方向偏左，③作圖時(shí)兩虛線不分別與F1線和F2線平行．我們要盡量規(guī)范操作減小誤差．誤差是不可避免的，千萬不要硬湊數(shù)據(jù)而使實(shí)驗(yàn)達(dá)到“十全十美”，毫無誤差，要尊重客觀事實(shí)，養(yǎng)成科學(xué)的學(xué)習(xí)與研究態(tài)度．,一、力的合成的等效性 【例1】 (原創(chuàng)題)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，除了方木板，白紙，橡皮條，細(xì)繩套(兩個(gè))，三角板，刻度尺，圖釘(幾個(gè))等必要的器材外，只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，能完成“互成角度的兩個(gè)力的合成”的實(shí)驗(yàn)嗎？如果能，應(yīng)如何操作？,【解析】 可以用一彈簧秤分先后測定兩分力的大小來驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)．主要操作步驟如下： (1)把兩條細(xì)線中的一條細(xì)線與彈簧秤連接，然后同時(shí)拉這兩條細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，記下兩條線的方向和彈簧秤的示數(shù)F1.,(2)放回橡皮條后，將彈簧秤連接到另一細(xì)線上，再同時(shí)拉這兩條細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，并使兩條細(xì)線位于記錄下來的方向，讀出彈簧秤的示數(shù)F2.按選定的標(biāo)度作出F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，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．,(3)放回橡皮條后，將彈簧秤連接到任一細(xì)線上，單獨(dú)拉這條細(xì)線，使結(jié)點(diǎn)至O點(diǎn)，并記錄下來力的方向，讀出彈簧秤的示數(shù)F′，按選定的標(biāo)度作出F′的圖示． (4)比較一下，力F′與平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同． (5)改變分力的大小和夾角，再重做兩次實(shí)驗(yàn)．,【學(xué)法指導(dǎo)】 該設(shè)計(jì)難點(diǎn)突破：“一個(gè)彈簧測力計(jì)如何起到兩個(gè)彈簧測力計(jì)的作用”．體現(xiàn)在遷移能力上就是分次測量，但仍遵循力的合成的等效性，即每次都是將結(jié)點(diǎn)拉到同一位置，這是解決本實(shí)驗(yàn)的核心．,二、力的合成的動(dòng)態(tài)分析 【例2】 如圖所示，用A、B兩彈簧秤拉橡皮條，使其伸長到O點(diǎn)，現(xiàn)保持A的讀數(shù)不變，而使夾角減小，適當(dāng)調(diào)整彈簧秤B的拉力大小和方向，可使O點(diǎn)保持不變，這時(shí),,(1)B的示數(shù)應(yīng)是( ) A．一定變大 B．一定不變 C．一定變小 D．變大、不變、變小均有可能 (2)夾角β的變化應(yīng)是( ) A．一定變大 B．一定不變 C．一定變小 D．變大、不變、變小均有可能,【解析】 “使O點(diǎn)保持不變”即表明A、B拉力的合力的大小和方向不變，則以O(shè)為圓心，以A力大小為半徑畫圓弧如圖所示．根據(jù)平行四邊形定則，按題意α減小，可知B的拉力的大小和方向均發(fā)生相應(yīng)的變化．由右圖可知B的拉力的大小和角度β都將變小，故(1)、(2)均選C項(xiàng)． 【答案】 (1)C (2)C,,【觸類旁通】 如圖所示，在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”這一實(shí)驗(yàn)中，兩彈簧秤現(xiàn)在的夾角為90°，使b彈簧秤從圖示位置開始沿箭頭方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，在這過程中，保持O點(diǎn)的位置和a彈簧秤的拉伸方向不變，則在整個(gè)過程中，關(guān)于a、b兩彈簧秤示數(shù)的變化情況是( ),,A．a(chǎn)示數(shù)增大，b示數(shù)減小 B．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)增大 C．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)先增大后減小 D．a(chǎn)示數(shù)減小，b示數(shù)先減小后增大,【解析】 對(duì)點(diǎn)O受力分析，受到兩個(gè)彈簧的拉力和橡皮條的拉力，如圖所示，其中橡皮條的拉力大小不變，a彈簧拉力方向不變，b彈簧拉力方向和大小都改變，由圖可知a示數(shù)減小，b示數(shù)增大，故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確． 【答案】 B,,【學(xué)法指導(dǎo)】 作圖法求解力的合成問題，重點(diǎn)是規(guī)范作圖，規(guī)范作圖能直觀判斷出各量的變化關(guān)系，切忌作圖太隨意，將會(huì)給解題造成誤判的麻煩．,