专题23 （实验）验证力的平行四边形定则课件PPT

专题23 （实验）验证力的平行四边形定则

1.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。

2.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、铅笔。

3.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。

1.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。

2.注意事项

1.结点

（1）定位O点时要力求准确；

（2）同一次实验中橡皮筋拉长后的O点必须保持位置不变。

2.拉力

（1）用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向；

（2）应使橡皮筋、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内；

（3）两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。

3.作图

（1）在同一次实验中，选定的比例要相同；

（2）严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力。

3.误差分析

1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差；

2.使用中，弹簧测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧测力计的外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成误差；

3.两次测量拉力时，橡皮筋的结点没有拉到同一点会造成偶然误差；

4.两个分力的夹角太小或太大，F1、F2数值太小，应用平行四边形定则作图时，会造成偶然误差。

1.在探究求合力的方法的实验中，用一只弹簧测力计拉橡皮条时要和用两只弹簧测力计拉时结点的位置重合，这样操作主要采用的科学方法是（　　）

A.控制变量的方法

B.等效替代的方法

C.理论推导的方法

D.理想实验的方法                                                                      

2.在做完“验证力的平行四边形定则”实验后，某同学将其实验操作过程进行了回顾，并在笔记本上记下如下几条体会，你认为他的体会中正确的是（    ）

A.用两只弹簧测力计拉橡皮条时，应使两细绳套间的夹角为90°，以便算出合力的大小

B.用两只弹簧测力计拉时合力的图示F与用一只弹簧测力计拉时图示F′不完全重合，在误差允许范围内，可以说明“力的平行四边形定则”成立

C.若F1、F2方向不变，而大小各增加1 N，则合力的方向也不变，大小也增加1 N

D.在用弹簧测力计拉橡皮条时，要使弹簧测力计的弹簧与木板平面平行

3.有同学利用如图所示的装置来探究求合力的方法：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力FTOA、FTOB和FTOC，回答下列问题：

（1）（多选）改变钩码个数，实验能完成的是（　　）

A.钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4

B.钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4

C.钩码的个数N1＝N2＝N3＝4

D.钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5

（2）在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是（　　）

A.标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向

B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度

C.用量角器量出三段绳子之间的夹角

D.用天平测出钩码的质量

（3）在作图时，你认为图中________（选填“甲”或“乙”）是正确的.

4.某同学用如图甲所示的装置探究求合力的方法.将一木板（图中未画出）竖直放置与铁架台和轻弹簧所在平面平行.其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：

（1）如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；

（2）卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，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.图乙中B弹簧测力计的读数为________N；

（3）该同学在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力FA、FB的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出FA、FB的合力F′；

（4）已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力F如图丙所示，观察比较F和F′，得出结论：__________________.

5.做“探究求合力的方法”的实验时：

（1）除已有的器材（方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔）外，还必须有________和________.

（2）在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下：①________；②________；③________.然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达________，再记下________.

（3）在某次实验中，某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置.图中________是力F1与F2的合力的理论值；________是力F1与F2的合力的实验值.通过把________和________进行比较，验证平行四边形定则.

6.某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是

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.只用一个弹簧测力计，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________________.

7.李明同学在做“探究合力与分力的关系”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图（a）所示.

（1）试在图（a）中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力.

（2）有关此实验，下列叙述正确的是（　　）

A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大

B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的作用效果相同

D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而保持橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

（3）如图（b）所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验结果比较符合实验事实？（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示）

________________________________________________________________________

（4）在以上比较符合实验事实的一位同学的实验中，造成误差的主要原因是：（至少写出两种情况） ________________________________________________________________________

8.做“验证力的平行四边形定则”的实验时：

（1）除已有的器材（方木板、白纸、弹簧测力计、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔）外，还必须有________和________.

（2）要使每次合力与分力产生相同的效果，必须

A.每次将橡皮条结点拉到同样的位置

B.每次把橡皮条拉直

C.每次准确读出弹簧测力计的示数

D.每次记准细绳的方向

（3）在某次实验中，某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置.图中________________是力F1与F2的合力的理论值；________________是力F1与F2的合力的实验值.通过把________________和________________进行比较，验证平行四边形定则.

9.做“验证力的平行四边形定则”实验中，实验步骤如下：

（1）在水平放置的木板上，固定一张白纸.

（2）把橡皮筋的一端固定在O点，另一端拴两根带套的细线，细线与橡皮筋的交点叫做结点.

（3）在纸面离O点比橡皮筋略长的距离上标出A点.

（4）用两个弹簧测力计分别沿水平方向拉两个绳套，把结点拉至A点，如图所示，记下此时两力F1和F2的方向和大小.

（5）改用一个弹簧测力计沿水平方向拉绳套，仍把结点拉至A点，记下此时F的方向和大小.

（6）拆下弹簧测力计和橡皮筋.请你写出下面应继续进行的实验步骤：

10.小明和小红在探究“互成角度的两共点力的合力”时，讨论出一个探究方案并加以实施.以下是他们的实验过程：

①小明用图钉将白纸钉在置于水平面上的木板上，小红用笔在白纸上标上标记O点.

②小明用图钉将橡皮绳一端固定在木板上O点，在橡皮绳的末端系住两绳套.用两个弹簧测力计分别向左右斜上方拉，把橡皮绳的另一端拉至某一点，并记下该点为A点.

③小红用笔在两弹簧测力计的钩子末端做下记号B和C，用尺画直线分别连接AB和AC并标上箭头，同时记录下两弹簧测力计的示数，即为两弹簧测力计拉力的方向和大小.

④小明再次只用一个弹簧测力计钩住绳套，将橡皮绳的结点拉到步骤3中同样的A点位置，小红再次记下钩子末端位置D，连接线段AD标上箭头，同时记下弹簧测力计示数.

⑤取下白纸，小红连接线段BD和CD，即认为FAD为FAB和FAC的合力.（如图）请你指出以上探究方案的错误之处（不少于三处）：

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________；

（3）________________________________________________________________________.

答案解析

1.【答案】B

【解析】本实验中两个拉力的作用效果和一个拉力的作用效果相同，采用的科学方法是等效替代法.

2.【答案】BD

【解析】用两只弹簧拉橡皮条时，两细绳套的夹角约在60°～120°范围，实验中不需要计算出合力的大小，没必要非得把绳套间夹角设定为90°，A错.实验中F与F′的图示不一定完全重合，只要两者长度差不多，夹角很小，就可以近似验证“力的平行四边形定则”，B对.F1、F2夹角不确定，它们的大小与合力F的大小关系不确定，不能通过F1、F2大小的变化来确定F大小的变化，C错.为减小读数和作图的误差，实验中用弹簧测力计拉橡皮条时，应使弹簧测力计与木板平面平行且弹簧测力计的轴线沿橡皮条或细绳套方向，D对.

3.【答案】（1）BCD　（2）A　（3）甲

【解析】（1）对O点受力分析如图所示，

OA、OB、OC分别表示FTOA、FTOB、FTOC的大小，由于三个共点力处于平衡，所以FTOA、FTOB的合力大小等于FTOC，且FTOC<FTOA＋FTOB，即|FTOA－FTOB|<FTOC<FTOA＋FTOB，故B、C、D能完成实验.

（2）为探究求合力的方法，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点O的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，应从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录OA、OB、OC三段绳子的方向，故A正确，B、C、D错误.

（3）以O点为研究对象，F3的实际作用效果在OC这条线上，由于误差的存在，F1、F2的合力的理论值与实际值有一定偏差，故甲图符合实际，乙图不符合实际.

4.【答案】（2）方向　11.40　（3）如图所示

（4）在实验误差允许范围内F和F′相等

【解析】

5.【答案】（1）三角板　橡皮条

（2）①O点位置　②细绳所指方向　③相应弹簧测力计读数　同一位置O点　弹簧测力计读数和细绳方向

（3）F　F′　F　F′

【解析】实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置、弹簧测力计的读数及力的方向.

6.【答案】（1）C　E

（2）C中未记下两条绳的方向　E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O

【解析】根据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤序号是C、E.在C中未记下两条绳的方向.E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.

7.【答案】（1）如图所示

（2）AC （3）张华的实验结果比较符合实验事实

（4）①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线不分别与F1线和F2线平行

【解析】

8.【答案】（1）三角板　橡皮条

（2）A

（3）F　F′　F　F′

【解析】

9.【答案】以后的实验步骤为：

（1）在A点按同一标度，作出F1、F2、F的图示；

（2）利用平行四边形定则作F1、F2的合力F′；

（3）比较F和F′的大小和方向，并得出结论.

【解析】

10.【答案】（1）拉弹簧测力计时用力方向应该与木板平面平行

（2）力的大小应该用力的图示表示　（3）求合力时应该用平行四边形定则　（4）一个弹簧测力计的拉力方向与两个弹簧测力计的拉力的合力方向不一定相同（任选其三）

【解析】拉细绳套时，弹簧测力计应与木板平行，且使其轴线方向与细绳套方向一致.先作出F1、F2的图示，再作平行四边形，对角线F和F1、F2的合力，用一个弹簧测力计拉时，也应作出拉力F′的图示，且它们用同一个标度.