实验专题3.1验证力的平行四边形定则原型实验分析导学案 高中物理人教版（2019）必修第一册 含答案

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3.1验证力的平行四边形定则原型实验分析一、教材原型实验㈠实验目的1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．2．培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力．㈡实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相同. ㈢实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺. ㈣实验步骤 (1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上. (2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点 到达某一位置O.如图1甲所示. (3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F. (4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，如图乙所示. (5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同. ㈤注意事项 (1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想. (2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住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°～100°之间为宜. (3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向. (4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些. ㈥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. 二、实验的原理和操作考查 要点提示： 正确使用弹簧测力计 (1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止. (2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围. (3)被测力的方向应与轴线方向一致. (4)读数时应正对、平视刻度. 例1.某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图实31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图． (1)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________．(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(3)实验时，主要的步骤是：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，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧测力计，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示；F．比较F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论．上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和________；②遗漏的内容分别是________________和________________．跟踪训练1.在“探究力的平行四边形定则”的实验中，首先用两个弹簧秤分别钩住绳套，在保证弹簧秤与木板平行的条件下，互成角度地拉长橡皮条，使结点到达O点，用铅笔记下O点位置及两细绳的方向，如图中的OA、OB方向，读出两弹簧秤的示数FOA＝2.7 N、FOB＝3.3 N.(1)根据平行四边形定则，在图中利用图示法求FOA与FOB的合力，其大小F＝__________．(2)为了完成本实验，还要进行的一项关键操作是________________________，在本操作中需要记录的是______________和______________．三、拓展训练1.某同学为了“验证力的平行四边形定则”，设计了如图实32所示的实验．①将橡皮条的一端固定，另一端用两个弹簧测力计将橡皮条与细绳套的结点拉到某一位置，记录该位置为O；②只用一个弹簧测力计拉橡皮条．回答下列问题： (1)在实验的过程中，下列说法正确的是________．A．由以上操作可知橡皮条的拉力为合力，两弹簧测力计的拉力为分力B．在两次操作的过程中需将橡皮条与细绳套的结点拉到同一位置O C．第一次操作应保持两弹簧测力计的夹角越大越好D．在实验时应始终保持弹簧测力计与薄木板面相互平行E．在读数时可以从任意角度观察弹簧测力计的刻度线(2)根据测量的数据作出第一次操作和第二次操作的力的图示，由平行四边形定则画出第一次操作时两弹簧测力计的拉力的合力F，第二次操作时弹簧测力计的拉力记为F′，如图所示，则其中与橡皮条在一条直线上的是________. 参考答案例1. 答案　(1)F′　(2)B　(3)①C　E　②C中应加上“记下两条细绳的方向”　E中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”跟踪训练答案(1)4.3 N　(2)只用一个弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O点　弹簧秤的示数拉力的方向　拓展训练答案　(1)BD　(2)F′