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學(xué)案5實驗三：驗證力的平行四邊形定則,一、實驗?zāi)康?.驗證力的平行四邊形定則。2.掌握彈簧秤的構(gòu)造、調(diào)節(jié)方法和使用方法。二、實驗原理如果兩個互成角度的共點力F1、F2作用于橡皮筋的結(jié)點上，與只用一個力F?作用于橡皮筋的結(jié)點上所產(chǎn)生的效果相同(橡皮條在相同方向上伸長相同的長度)，那么，F(xiàn)?就是F1和F2的合力。根據(jù)平行四邊形定則作出兩共點力F1和F2的合力F的圖示，應(yīng)與F?等大同向。三、實驗器材方木板一塊、白紙、彈簧秤(兩只)、橡皮條、細(xì)繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)。,3.用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O。(如圖2-5-1所示，位置O須處于紙面以內(nèi)),,四、實驗步驟1.用圖釘把白紙釘在方木板上。2.把方木板平放在桌面上，用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套。(固定點A在紙面外),圖2-5-1,4.用鉛筆描下O的位置和兩細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧秤的讀數(shù)。5.從力的作用點(位置O)沿著兩細(xì)繩套的方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧秤的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則作出合力F的圖示。6.只用一只彈簧秤通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧秤的讀數(shù)和細(xì)繩的方向。用刻度尺從O點按同樣標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧秤的拉力F?的圖示。7.比較力F?的圖示與合力F的圖示，看兩者是否等長、同向。8.改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復(fù)實驗兩次。,五、注意事項1.不要直接以橡皮條端點為結(jié)點，可拴一短細(xì)繩再連兩細(xì)繩套，以三繩交點為結(jié)點，使結(jié)點小些，便于準(zhǔn)確地記錄結(jié)點O的位置。2.不要用老化的橡皮條，檢查方法是用一個彈簧秤拉橡皮條，要反復(fù)做幾次使橡皮條拉伸到相同的長度看彈簧秤讀數(shù)有無變化。3.彈簧秤在使用前應(yīng)水平放置，然后檢查、校正零點。將兩彈簧秤互相勾著水平拉伸，選擇兩只讀數(shù)完全一致的彈簧秤使用。4.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點O的位置一定要相同。5.用兩只彈簧秤鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大，也不宜太小，以60?~100?之間為宜。6.讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧秤與木板平行，并使細(xì)繩套與彈簧秤的軸線在同一條直線上，避免彈簧秤的外殼與彈簧秤的限位孔之間有摩擦。讀數(shù)時眼睛要正視彈簧秤的刻度，在合力不超出量程及在橡皮條彈性限度范圍內(nèi)的前提下，拉力的數(shù)值應(yīng)盡量大些。,7.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)繩套末端用鉛筆畫一個點，取掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點與O點連直線確定力的方向。8.在同一次實驗中，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。六、誤差分析本實驗的誤差主要來自以下五個方面：1.用描點法記錄的拉力方向不夠準(zhǔn)確；2.所作平行四邊形的對邊不嚴(yán)格平行；3.拉橡皮條時，沒有做到橡皮條及兩細(xì)繩套平行于木板，使在紙上所描下的拉力方向并不是拉力的真實方向；4.沒有校準(zhǔn)彈簧秤的零點，兩只彈簧秤的刻度不準(zhǔn)確；5.彈簧的拉桿與限位孔有摩擦，使彈簧秤讀數(shù)并不能真實地表示細(xì)繩中拉力的大小。,彈簧秤的選取方法是：①將兩只彈簧秤調(diào)零后，互勾水平對拉，若兩只彈簧秤在對拉的過程中，讀數(shù)相同，則可選用，若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直到相同為止。②彈簧秤不能在超出它的測量范圍的情況下使用。③使用前要檢查指針是否指在零刻度線，否則應(yīng)校正零位。④讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度。,【例1】某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，主要步驟是：A.在桌面上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上。B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套。C.用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達(dá)某一位置O。記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)。D.按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F。E.只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力F?的圖示。F.比較F?和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中:(1)有重要遺漏的步驟的序號是_____和_____；(2)遺漏的內(nèi)容分別是____________________和________________________________。,據(jù)驗證力的平行四邊形定則的操作規(guī)程可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E。在C中未記下兩條細(xì)繩的方向。E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到了同一位置O。,C,E,記下兩條繩的方向,把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O,【例2】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。實驗時，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)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法正確的是_______(填字母代號)。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，其中對減小實驗誤差有益的說法是_____(填字母代號)。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)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些,(1)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求是兩次拉伸橡皮條的作用效果要相同，故選項B、D正確。(2)要減小實驗誤差，彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都必須與木板平行。用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時，彈簧秤的示數(shù)之差適當(dāng)大些即可，拉橡皮條的細(xì)繩要長些，標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點要遠(yuǎn)些，故B、D正確。,BD,BD,1.在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩(如圖2-5-2所示)。實驗中需用兩個彈簧秤分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條。某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項：A.兩根細(xì)繩必須等長B.橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上C.在使用彈簧秤時，要注意使彈簧秤與木板平行其中正確的是_____。(填入相應(yīng)的字母),C,圖2-5-2,2.做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，在水平放置的木板上鋪一張白紙，把橡皮條的一端固定在板的A點，橡皮條的另一端拴上兩細(xì)繩套，如圖2-5-3所示，兩個彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條使之伸長，到達(dá)某一位置O時需記下__________________、______________，描下__________，再用一個彈簧測力計鉤住細(xì)繩套把橡皮條拉長，使結(jié)點到達(dá)位置_____，再記下_____________________________。,彈簧測力計的讀數(shù)和細(xì)繩的方向,兩彈簧測力計的讀數(shù),兩細(xì)繩的方向,O,結(jié)點位置O,圖2-5-3,1.某同學(xué)在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩、白紙、釘子，設(shè)計了如下實驗：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子A、B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為O，將第三條橡皮筋的另一端通過細(xì)繩掛一重物，如圖2-5-4所示。(1)為完成該實驗，下述操作中必需的是________。a.測量細(xì)繩的長度b.測量橡皮筋的原長c.測量懸掛重物后橡皮筋的長度d.記錄懸掛重物后結(jié)點O的位置(2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次驗證，可采用的方法是____________________。,圖2-5-4,bcd,更換不同的小重物,2.某同學(xué)用如圖2-5-5所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”。彈簧測力計A掛于固定點P，下端用細(xì)線掛一重物M。彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點O靜止在某位置。分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向。(1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N，圖中A的示數(shù)為______N。(2)下列不必要的實驗要求是______。(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)A.應(yīng)測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應(yīng)在使用前校零C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行D.改變拉力，進(jìn)行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置(3)某次實驗中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，請您提出兩個解決辦法。,圖2-5-5,3.6,D,①改變彈簧測力計B拉力的大?。虎跍p小重物M的質(zhì)量,3.李明同學(xué)在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小，如圖2-5-6所示。(1)試在圖甲所示中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示，并用F表示此力。(2)有關(guān)此實驗，下列敘述正確的是______。A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的拉力是分力C.兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結(jié)點拉到同一位置O。這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變，只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可(3)圖乙所示是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實驗比較符合實驗事實?(力F?是用一只彈簧測力計拉時的圖示)答:_____________________________(4)在以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學(xué)中，造成誤差的主要原因是(至少寫出兩種情況)答:_______________________________________________________________________________________________。,圖2-5-6,AC,張華做的符合實驗事實,F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左。作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行。,4.在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，不用彈簧測力計，只用三根相同的橡皮條、四個圖釘、直尺、鉛筆、三張白紙、平木板就可以驗證力的平行四邊形定則，請敘述實驗步驟和方法。,其步驟和方法如下：(1)將三根橡皮條的一端拴在同一個圖釘O上，將這三根橡皮條的另一端分別再拴一個圖釘A、B、C，注意此時四個圖釘均未固定在平木板上；(2)用刻度尺測出橡皮條的自由長度l0(保持三根橡皮條的l0相同)，注意從釘腳測起；(3)將拴有橡皮條的圖釘A、B適當(dāng)分開釘在木板上，拉第三根橡皮條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點處的圖釘O靜止時，釘下C圖釘，并記錄圖釘O、A、B、C的位置；(4)測出這三根橡皮條的長度l1、l2、l3，分別算出它們的伸長量x1=l1-l0，x2=l2-l0，x3=l3-l0；(5)將x1、x2、x3按一定比例用圖示表示出來，以x1、x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對角線OC?，比較OC?與x3的長度，若兩者長度相等，且在一條直線上，則達(dá)到了目的，若OC?與OC有一微小夾角?，則有誤差(如圖所示)。,