2019届二轮复习实验3　验证力的平行四边形定则课件（48张）（全国通用） 48页

实验 3 　 验证力的平行四边形定则 实验溯本求源 │ 实验热点探究 │ 课时巩固训练 一、实验目的 1 . 学会用弹簧测力计和细线测出力的大小与方向 . 2 . 运用力的图示法探究互成角度的两个共点力合成时遵循 　　　　　　　　 .  二、实验原理 一个力 F' 的作用效果和两个力 F 1 、 F 2 的共同作用效果都是让同一根一端固定的橡皮条伸长到 　　　　　　 , 所以力 F' 就是这两个力 F 1 和 F 2 的合力 , 作出力 F' 的图示 , 再根据平行四边形定则作出力 F 1 和 F 2 的合力 F 的图示 , 比较 F 和 F' 的大小和方向是否相同 , 若相同 , 则说明互成角度的两个力合成时遵循 　　　　　　　　 .  平行四边形定则 实验溯本求源 同一位置 平行四边形定则 三、实验器材 方木板一块、白纸、弹簧测力计 ( 两只 ) 、 　　　　 、细绳套 ( 两个 ) 、 　　　　 、图钉 ( 几个 ) 、细芯铅笔 .  四、实验步骤 1 . 用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上 , 并用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点 , 橡皮条的另一端拴一短绳 , 短绳的另一端拴上两个细绳套 . 2 . 用两只弹簧测力计分别通过细绳套互成角度地拉橡皮条 , 使橡皮条伸长到某一位置 O , 如图 S3 - 1 所示 , 记录两只弹簧测 力计的读数 , 用铅笔描下 O 点的位置及此时两个细绳套的 　　　　 .  实验溯本求源 橡皮条 方向 图 S3 - 1 刻度尺 3 . 只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O , 记下弹簧测力计的读数和细绳套的 　　　　 .  4 . 用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两个细绳套方向画直线 , 按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数 F 1 和 F 2 的图示 , 并以 F 1 和 F 2 为邻边用刻度尺作平行四边形 , 过 O 点画平行四边形的对角线 , 此对角线即为合力 F 的图示 . 5 . 用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力 F' 的图示 . 6 . 比较力 F' 与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向是否 　　　　 .  实验溯本求源 方向 相同 五、注意事项 1 . 不要直接以橡皮条端点为结点 , 可拴一短细绳连接两细绳套 , 以三绳交点为结点 , 应使结点小些 , 以便准确地记录结点 O 的位置 . 2 . 在同一次实验中 , 使橡皮条拉长时结点 O 的位置一定要相同 . ( 保证作用效果相同 ) 3 . 不要用老化的橡皮条 , 检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条 , 要反复做几次 , 使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化 . 4 . 细绳套应适当长一些 , 便于确定力的方向 . 不要直接沿细绳套的方向画直线 , 应在细绳套末端用铅笔画一个点 , 去掉细绳套后 , 再将所标点与 O 点连直线确定力的方向 . 实验溯本求源 5 . 在同一次实验中 , 画力的图示所选定的标度要相同 , 并且选取标度要恰当 , 使所作的力的图示稍大一些 . 6 . 用两个弹簧测力计通过细绳套互成角度地拉橡皮条时 , 其夹角不宜太小 , 也不宜太大 , 以 60° 到 100° 之间为宜 . 实验溯本求源 热点一 　 实验原理与实验操作 实验热点探究 例 1 　 [ 2017· 四川阿坝州期末 ] 在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验中 , 某同学按照如下步骤进行操作 : 图 S3 - 2 实验热点探究 a . 在桌上放一块方木板 , 在方木板上铺一张白纸 , 用图钉把白纸钉在方木板上 ; b . 用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A 点 , 在橡皮条的另一端拴上两条细绳形成结点 , 细绳的另一端系着绳套 ; c . 如图 S3 - 2 甲 , 用两个弹簧测力计分别钩住绳套 , 互成角度地拉橡皮条 , 使结点到达某一位置 O , 记录结点位置和两个弹簧测力计的示数、两根细绳的方向 ; d . 按选好的标度 , 用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力 F 1 和 F 2 的图示 , 并以 F 1 和 F 2 为邻边作平行四边形 , 画出它们所夹的对角线 . e . 只用一个弹簧测力计通过细绳套拉橡皮条 , 　　　　 , 并按同一标度作出这个力的图示 .  实验热点探究 (1) 把步骤 e 中的内容补充完整 : 　　　　　　　　　　 .  (2) 本实验中步骤 c 和 e 两次拉橡皮条的过程 , 主要体现了下列哪种科学方法 ? 　　 .  A . 理想实验法 B . 等效替代法 C . 控制变量法 D . 建立物理模型法 (3) 下列操作有利于减小实验误差的是 　　　　 ( 填字母代号 ) .  A . 实验前将两个弹簧测力计调零后水平互钩对拉 , 选择两个读数相同的弹簧测力计 B . 拴在橡皮条上的两条细绳必须等长 , 并且要尽量长一些 C . 弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 D . 用两个弹簧测力计同时拉橡皮条时 , 两弹簧测力计的示数之差应尽可能大 E . 在记录力的方向时 , 标记同一细绳方向的两点要远些 实验热点探究 (4) 图乙是该同学在白纸上根据实验数据用同一标度画出的图示 , 如果没有操作失误 , 图乙中的 F 与 F' 两力中 , 方向一定沿 AO 方向的是 　　　　 .  (5) 若小明和小刚两位同学在家中想验证力的平行四边形定则 , 他们手中有一些弹性橡皮条 ( 弹力满足胡克定律 , 劲度系数为 k ) . 如图丙所示 , 他们将三根橡皮条的一端系在一起 , 另一端分别系上细线 , 保证橡皮条原长相同 , 测得原长 L 0 = 5 . 40 cm . 接下来把贴有白纸的木板放在水平桌面上 , 两人合作平行于纸面分别通过细线拉三根橡皮条至某一长度 ( 在弹性限度内 ), 保持状态不变 ; 如图丁所示 , 记录此时结点位置和三个橡皮条另一端的位置 , 量出三个端点到结点 O 的距离分别为 L 1 = 9 . 20 cm 、 L 2 = 8 . 40 cm 、 L 3 = 7 . 50 cm, 请根据他们的实验过程和记录的数据作出验证力的平行四边形定则的图示 , 并说明是如何验证的 . 实验热点探究 实验热点探究 [ 解析 ] (1) 步骤 e 中的内容 : 把橡皮条的结点拉到同一位置 O , 读出弹簧测力计的示数 , 记下细绳的方向 . (2) 本实验中步骤 c 和 e 两次拉橡皮条的过程 , 主要体现的科学方法是等效替代法 , 故选 B . (3) 实验前将两个弹簧测力计调零后水平互钩对拉 , 选择两个读数相同的弹簧测力计 , 这样可减小实验读数的误差 , 选项 A 正确 ; 拴在橡皮条上的两条细绳不必等长 , 但要尽量长一些 , 以便于记录方向 , 选项 B 错误 ; 弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平行 , 以减小实验误差 , 选项 C 正确 ; 用两个弹簧测力计同时拉橡皮条时 , 两弹簧测力计的示数之差不一定要尽可能大 , 选项 D 错误 ; 在记录力的方向时 , 标记同一细绳方向的两点要远些 , 以减小记录方向时的误差 , 选项 E 正确 . 实验热点探究 (4) 图乙中的 F 是理论值 , F' 是实际值 , 图乙中的 F 与 F' 两力中 , 方向一定沿 AO 方向的是 F'. (5) 如图所示 , 按比例作出平衡时三个橡皮条的拉力的图示 . 分析说明 : 将任意一个力反向延长至等大 , 由平衡条件可知 , 这就是另外两个力的合力 ; 比较它与用平行四边形定则作出的另外两个力的合力的大小和方向 , 若近似相同即可验证平行四边形定则 . 实验热点探究 变式 　 [ 2017· 山西八校联考 ] 一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品 , 在家中验证力的平行四边形定则 . ① ① 如图 S3 - 3 甲 , 在电子秤的下端悬挂一 装满水的水壶 , 记下水壶 　　　　 时电子秤 的示数 F ;  ② 如图乙 , 将三细线 L 1 、 L 2 、 L 3 的一端打结 , 另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和水 壶杯带上 , 水平拉开细线 L 1 , 在白纸上记下结 点 O 的位置、 　　　　 和电子秤的示数 F 1 ;  图 S3 - 3 实验热点探究 ③ 如图丙 , 将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平位置上 , 并将 L 1 拴在其上 . 手握电子秤沿着 ② 中 L 2 的方向拉开细线 L 2 , 使 　　　　 和三根细线的方向与 ② 中重合 , 记录电子秤的示数 F 2 ;  ④ 在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F 、 F 1 、 F 2 的图示 , 根据平行四边形定则作出 F 1 、 F 2 的合力 F' 的图示 , 若 　　　　　　 , 则平行四边形定则得到验证 .  实验热点探究 实验热点探究 · 特别提醒 1 . 实验原理的进一步理解 每次实验保证结点位置保持不变 , 是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同 , 这是物理学中等效替代的思想方法 . 由于力不仅有大小 , 还有方向 , 若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同 , 则说明两次效果不同 , 不满足合力与分力的关系 , 不能验证平行四边形定则 . 2 . 实验操作注意事项 (1) 不要直接以橡皮条的端点为结点 , 可拴一短细绳连接两个细绳套 , 以三绳交点为结点 , 且应使结点小些 , 以便准确地记录结点 O 的位置 . 实验热点探究 (2) 使用弹簧测力计前 , 应先调节零刻度 , 使用时不能超过量程 . 拉弹簧测力计时 , 应使弹簧测力计与木板平行 , 被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致 , 拉动弹簧时不可与外壳相碰或摩擦 . (3) 在同一次实验中 , 橡皮条伸长时的结点位置要相同 . (4) 两个拉力 F 1 和 F 2 的夹角不宜过小 , 作力的图示时 , 标度要一致 . (5) 读数时应正对、平视刻度 . 热点二 　 数据处理与误差分析 实验热点探究 图 S3 - 4 实验热点探究 实验热点探究 实验热点探究 变式 　 [ 2016· 浙江卷 ] 某同学在 “ 探究弹力和弹簧伸长的关系 ” 的实验中 , 测得图中弹簧 OC 的劲度系数为 500 N/m . 如图 S3 - 5 所示 , 用弹簧 OC 和弹簧秤 a 、 b 做 “ 探究求合力的方法 ” 实验 . 在保持弹簧伸长 1 . 00 cm 不变的条件下 : (1) 若弹簧秤 a 、 b 间夹角为 90°, 弹簧秤 a 的读数 是 　　　　 N( 图乙中所示 ), 则弹簧秤 b 的读数 可能为 　　　　 N .  (2) 若弹簧秤 a 、 b 间夹角大于 90°, 保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变 , 减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角 , 则弹簧秤 a 的读数 　　　　 、弹簧秤 b 的读数 　　　　 ( 填 “ 变大 ”“ 变小 ” 或 “ 不变 ”) .  图 S3 - 5 实验热点探究 实验热点探究 · 特别提醒 1 . 数据处理 —— 作图法 在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验中 , 由作图法得到的合力 F 与实际测量得到的合力 F‘ 不可能完全重合 , 只要在误差允许的范围内可以认为 F 与 F’ 重合 , 即可验证平行四边形定则 , 如图 S3 - 6 所示 . 图 S3 - 6 实验热点探究 2 . 误差分析 (1) 误差来源 : 除弹簧测力计本身的误差外 , 还有读数误差、作图误差等 . (2) 减小误差的办法 : ① 实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘 , 要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录 . ② 作图时使用刻度尺 , 并借助于三角板 , 使表示两力的对边一定要平行 . 课时巩固训练 1 . 在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 实验中 , 需要将橡皮条的一端固定在水平木板上 , 先用一个弹簧测力计拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置 ; 再将橡皮条的另一端系两根细绳 , 细绳的另一端都有绳套 , 用两个弹簧测力计分别钩住绳套 , 并互成角度地拉橡皮条 . (1) 某同学认为在此过程中必须注意以下几项 : A . 两根细绳必须等长 B . 橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C . 在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 D . 在用两个弹簧测力计同时拉细绳时要注意使两个弹簧测力计的读数相等 课时巩固训练 E . 在用两个弹簧测力计同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧测力计拉时记下的位置 其中正确的是 　　　　 ( 填入相应的字母 ) .  (2)“ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验情况如图 S3 - 7 甲所示 , 其中 A 为固定橡皮条的图钉 , O 为橡皮条与细绳的结点 , OB 和 OC 为细绳 . 图乙是在 白纸上根据实验结果画出的力的示意图 . 图 S3 - 7 课时巩固训练 ① 图乙中的 F 与 F' 两力中 , 方向一定沿 AO 方向的是 　　　　 . 　   ② 本实验采用的科学方法是 　　　　 .  A . 理想实验法 B . 等效替代法 C . 控制变量法 D . 建立物理模型法 (3) 某同学在坐标纸上画出了如图丙所示的两个已知力 F 1 和 F 2 , 图中小正方形的边长表示 2 N, 两力的合力用 F 表示 , F 1 、 F 2 与 F 的夹角分别为 θ 1 和 θ 2 , 下列结论正确的有 　　　　 .  A .F 1 = 4 N B .F= 12 N C .θ 1 = 45° D .θ 1 <θ 2 课时巩固训练 课时巩固训练 课时巩固训练 2 . 某同学为了探究求合力的方法 , 先用一个弹簧测力计通过细线悬吊一个钩码 ; 当钩码静止时 , 弹簧测力计的示数为 2 . 00 N; 再用两个弹簧测力计 a 和 b 通过两根细绳互成角度将该钩码悬吊 , 其中 b 弹簧 测力计一端固定 , a 弹簧测力计所拉 细线的方向水平向左 , 如图 S3 - 8 甲 所示 , 当钩码静止时 , b 弹簧测力计 的示数如图乙所示 . 图 S3 - 8 课时巩固训练 (1) 图乙中 b 弹簧测力计的示数为 　　　　 N, 可求出 a 弹簧测力计的拉力为 　　 N;  (2) 保持 a 弹簧测力计及其所拉的细绳方向不变 , 将 b 及其所拉的细绳以 O 为轴沿逆时针方向在图示平面内缓慢转到竖直方向 , 在此过程中 , b 的示数 　　　　 ( 选填 “ 变大 ”“ 变小 ” 或 “ 不变 ”) .  课时巩固训练 课时巩固训练 3 . 某同学用如图 S3 - 9 所示的实验装置验证 “ 力的平行四边形定则 ” . 弹簧测力计 B 挂于竖直木板上的固定点 C , 下端用细线挂一重物 M , 手持弹簧测力计 A 拉结点 O. 分别读出弹簧测力计 A 和 B 的示数 , 并在贴于竖直木板的白纸上记录 O 点的位置和拉线的方向 . (1) 本实验用的弹簧测力计示数的单位为 N, 图中 B 的示数 为 　　　　 N .  图 S3 - 9 课时巩固训练 (2) 下列关于实验要求不正确的是 　　　　 .  A . 拉线方向应与木板平面平行 B . 弹簧测力计应在使用前调零 C . 改变拉力 , 进行多次实验 , 每次都要记录拉力的方向 D . 与弹簧相连的细绳应尽量短些 (3) 该同学改变夹角做第二次实验时结点 O 的位置发生了改变 , 两弹簧测力计拉力的合力将 　　　　 ( 选填 “ 不变 ” 或 “ 改变 ”) .  课时巩固训练 课时巩固训练 4 . [ 2017· 全国卷 Ⅲ ] 某探究小组做 “ 验证力的平行四边形定则 ” 实验 , 将画有坐标轴 ( 横轴为 x 轴 , 纵轴为 y 轴 , 最小刻度表示 1 mm) 的纸贴在水平桌面上 , 如图 S3 - 10(a) 所示 . 将橡皮筋的一端 Q 固定在 y 轴上的 B 点 ( 位于图示部分之外 ), 另一端 P 位于 y 轴上的 A 点时 , 橡皮筋处于原长 . (1) 用一只测力计将橡皮筋的 P 端沿 y 轴从 A 点拉至坐标原点 O , 此时拉力 F 的大小可由测力计读出 . 测力计的示数如图 (b) 所示 , F 的大小为 　　　　 N .  (2) 撤去 (1) 中的拉力 , 橡皮筋 P 端回到 A 点 ; 现使用两个测力计同时拉橡皮筋 , 再次将 P 端拉至 O 点 . 此时观察到两个拉力分别沿图 (a) 中两条虚线所示的方向 , 由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为 F 1 = 4 . 2 N 和 F 2 = 5 . 6 N . 课时巩固训练 ① 用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力 , 以 O 为作用点 , 在图 (a) 中画出力 F 1 、 F 2 的图示 , 然后按平行四边形定则 画出它们的合力 F 合 ; ② F 合 的大小为 　　　　 N, F 合 与 拉力 F 的夹角的正切值为 　　　　 . 若 F 合 与拉力 F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内 , 则该实验验证了力的平行四边形定则 .  图 S3 - 10 课时巩固训练 课时巩固训练 5 . 在 “ 探究求合力的方法 ” 实验中 , 需要将橡皮条的一端固定在水平木板上 , 另一端系上两根细绳 , 细绳的另一端都有绳套 ( 如图 S3 - 11 所示 ) . 实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套 , 并互成角度地拉橡皮条 , 使橡皮条伸长 , 结点到达某一位置 O. (1) 某同学在做该实验时认为 : A . 拉橡皮条的绳细一些且长一些 , 实验效果较好 B . 拉橡皮条时 , 弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与 木板平面平行 C . 橡皮条弹性要好 , 拉结点到达某一位置 O 时 , 拉力要适当大些 D . 拉力 F 1 和 F 2 的夹角越大越好 图 S3 - 11 课时巩固训练 其中正确的是 　　　　 ( 填入相应的字母 ) .  (2) 若某次测量中两个弹簧测力计的读数均为 4 N, 且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直 , 则 　　　　 ( 选填 “ 能 ” 或 “ 不能 ”) 用一个量程为 5 N 的弹簧测力计测量出它们的合力 , 理由是 　 .  课时巩固训练 课时巩固训练 6 . 小白用如图 S3 - 12 所示的装置验证 “ 力的平行四边形定则 ” . 其部分实验操作如下 , 请完成下列相关内容 : 图 S3 - 12 课时巩固训练 a . 在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O ; b . 卸下钩码 , 然后将两绳套系在弹簧下端 , 用两弹簧测力计将弹簧末端拉到同一位置 O , 记录细绳套 AO 、 BO 的 　　　　 及两弹簧测力计相应的读数 . 图中 B 弹簧测力计的读数为 　　　　 N;  c . 小白在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力 F A 、 F B 的大小和方向如图所示 , 请你用作图工具在图中坐标纸上作出 F A 、 F B 的合力 F'. 课时巩固训练 [ 答案 ] b . 方向 　 11 . 40 　 c . 略 课时巩固训练 7 . 在 “ 验证力的平行四边形定则 ” 的实验中 , 某小组利用如图 S3 - 13 甲所示的装置完成实验 , 橡皮条的一端 C 固定在木板上 , 用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的 O 点 . (1) 下列叙述正确的是 　　　　 .  A . 该实验中 CO 的拉力是合力 , AO 和 BO 的拉力是分力 B . 两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 C . 实验中 AO 和 BO 的夹角应尽可能大 图 S3 - 13 课时巩固训练 D . 在实验中 , 弹簧测力计必须保持与木板平行 , 读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线 E . 实验中 , 只需记录弹簧测力计的读数和 O 点的位置 . (2) 对数据处理后得到如图乙所示的图线 , 则 F 与 F' 两力中 , 方向一定沿 CO 方向的是 　　　　 .  (3) 本实验采用的科学方法是 　　　　　 .  课时巩固训练 [ 答案 ] (1)BD 　 (2) F' 　 (3) 等效替代法