高考物理一轮复习实验课3验证力的平行四边形定则 (含解析)课件PPT

这是一份高考物理一轮复习实验课3验证力的平行四边形定则 (含解析)课件PPT，共24页。PPT课件主要包含了考向1，考向2，考向3等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1.验证力的平行四边形定则。2.理解等效替代思想的应用。
二、实验原理 1.等效法:一个力F'的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以一个力F'就是这两个力F1和F2的合力,作出力F'的图示,如图所示。2.平行四边形法:根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,如图所示。3.验证:比较F和F'的大小和方向是否相同,若在误差允许的范围内相同,则验证了力的平行四边形定则。
三、实验器材木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)。
四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。3.用两只弹簧测力计a、b分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O,如图所示。记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。4.只用一只弹簧测力计c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方向。5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做实验两次。
五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,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。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计c的拉力F'的图示。3.比较F与F'是否重合。
六、误差分析1.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。2.减小误差的办法:(1)实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时应借助三角板,使表示两力的对边一定要平行。
七、注意事项1.使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要设法调整使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大也不宜太小,在60°~100°之间为宜。5.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。6.在同一实验中,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。
实验原理与操作例1某同学做验证力的平行四边形定则的实验,如图甲所示,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.建立物理模型法
(3)实验时,主要的步骤:A.在桌上放一块木板,在木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在木板上;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个弹簧测力计的拉力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　 　。 
解析 (1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向;两个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力,根据平行四边形定则作出两弹簧测力计拉力的合力,由于误差的存在,不一定沿AO方向,故一定沿AO方向的是F'。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,它们的作用效果可以等效替代,故选项B正确。(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、E。②在C中未记下两条细绳的方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O。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”
规律总结操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。
实验数据处理与误差分析例2(2017·全国Ⅲ卷)某探究小组做验证力的平行四边形定则的实验,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,如图甲所示。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。测力计的示数如图乙所示,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甲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F1=4.2 N和F2=5.6 N。
①用5 mm长度的线段表示1 N的力,以O为作用点,在图甲中画出力F1、F2的图示,然后按平行四边形定则画出它们的合力F合;②F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。
解析 (1)题图乙中弹簧测力计的精度为0.2 N,则示数为4.0 N;(2)用5 mm长的线段表示1 N的力,F2对应的长度为2.8 cm,F1对应的长度为2.1 cm,根据平行四边形定则作出的图形如答案图所示;测出F合的长度为1.9 cm,则F合的大小为3.8 N,F合、F及ΔF构成三角形,ΔF的长度约0.1 cm,此三角形可近似看作直角三角形,则F合与拉力F的夹角的正切值
答案 (1)4.0　(2)①F1、F2和F合如图所示　②3.8　0.05
实验探究拓展本实验一般是在教材实验原理的基础上,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件,或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重器材变化后对分力和合力的分析判断能力的培养,要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
1.实验器材的变化如图
2.分力和合力的变化(1)分力的获得:弹簧测力计的拉力→钩码的重力。(2)合力的获得:弹簧测力计的拉力→重物的重力→钩码的重力。
例3某小组为了验证力的平行四边形定则,设计了如图甲所示的实验:在一个半圆形刻度盘上安装两个可以沿盘边缘移动的拉力传感器A、B,两传感器的挂钩分别系着轻绳,轻绳的另一端系在一起,形成结点O,并使结点O位于半圆形刻度盘的圆心。在O点挂上重G=2.00 N的钩码,记录两传感器A、B的示数F1、F2及轻绳与竖直方向的夹角θ1、θ2,用力的图示法即可验证力的平行四边形定则。
(1)当F1=1.00 N、F2=1.50 N,θ1=45°、θ2=30°时,请在图乙中用力的图示法作图,画出两绳拉力的合力F,并求出合力F=　　　　 N。(结果保留三位有效数字) (2)该组同学在实验中,将传感器A固定在某位置后,再将传感器B从竖直位置的P点缓慢顺时针旋转,得到了一系列B传感器的示数F2和对应的角度θ2,作出了如图丙所示的F2-θ2图像,由图丙可知A传感器所处位置的角度θ1=　　　　　。 
解析 (1)先画出力的标度,根据题中所给的数据,利用平行四边形定则画出力的图示并求合力F=2.01 N。