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)康尿?yàn)證互成角度的兩個力的平行四邊形定則.二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的研究對象為繩與橡皮條的結(jié)點(diǎn),當(dāng)用一個力F′,與同時用兩個共點(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力合成時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),三角板,刻度尺,圖釘(幾個).,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)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力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=53N/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;同時利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50N,請?jiān)趫D中畫出這兩個共點(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)以這兩個力2.10N和2.50N,作為平行四邊形的兩條鄰邊,作平行四邊形,畫出對角線,用刻度尺量出平行四邊形對角線的長度除以標(biāo)度,得出F合=3.3N,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,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,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,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,需要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細(xì)繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條.,(1)實(shí)驗(yàn)對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)們在操作過程中有如下議論,其中對減小實(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.用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時兩彈簧秤示數(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,即兩個拉力和一個拉力等效,而彈簧秤不必拉到相同刻度,故C項(xiàng)錯誤,D項(xiàng)正確.,(2)本實(shí)驗(yàn)要求共點(diǎn)力同時共面,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)錯誤,B項(xiàng)正確;用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時彈簧讀數(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,作圖時產(chǎn)生的角度誤差會減小,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,兩個分力F1、F2的對邊一定要平行,兩個分力間夾角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),三角板,刻度尺,圖釘(幾個)等必要的器材外,只用一個彈簧測力計(jì),能完成“互成角度的兩個力的合成”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)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力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:“一個彈簧測力計(jì)如何起到兩個彈簧測力計(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,,(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,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】對點(diǎn)O受力分析,受到兩個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,將會給解題造成誤判的麻煩.,- 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