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,第二章 相互作用,實驗三 驗證力的平行四邊形定則,一、實驗?zāi)康?1．驗證互成角度的兩個共點力合成時的平行四邊形定則． 2．培養(yǎng)應(yīng)用作圖法處理實驗數(shù)據(jù)和得出結(jié)論的能力． 二、實驗原理 互成角度的兩個力F1、F2與另外一個力 F′產(chǎn) 生 相 同 的 效果，看F1、F2用平行四邊形定則求出的合力F與F′在實驗誤差允許范圍內(nèi)是否相等． 三、實驗器材 木板、白紙、圖釘若干、橡皮條、細(xì)繩、彈簧測力計兩個、三角板、刻度尺．,四、實驗步驟 1．用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上． 2．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． 3．用兩只彈簧測力計分別鉤住細(xì)繩套，互成 角 度地 拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點伸長到某一位置O，如 圖 所示，記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)，用鉛筆描下O點的位置及 此時兩細(xì)繩的方向．,4．只用一只彈簧測力計通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)和細(xì)繩套的方向． 5．改變兩彈簧測力計拉力的大小和方向,再重做兩次實驗．,一、數(shù)據(jù)處理 1．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形， 過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖示． 2．用刻度尺從O點按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出實驗步驟4中彈簧測力計的拉力F′的圖示． 3．比較F與F′是否完全重合或幾乎完全重合，從而驗證平行四邊形定則．,二、注意事項 1．同一實驗中的兩只彈簧測力計的選取方法是：將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤對拉，讀數(shù)相同． 2．在同一次實驗中，使橡皮條拉長時，結(jié)點O位置一定要相同． 3．用兩只彈簧測力計鉤住繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之間為宜．,4．實驗時彈簧測力計應(yīng)與木板平行，讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計的刻度，在合力不超過量程及橡皮條彈性限度的前提下，拉力的數(shù)值盡量大些． 5．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，去掉細(xì)繩套后，再將所標(biāo)點與O點連接，即可確定力的方向． 6．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．,三、誤差分析 1．彈簧測力計本身的誤差． 2．讀數(shù)誤差和作圖誤差． 3．兩分力F1、F2間的夾角θ越大，用平行四邊形定則作圖得出的合力F的誤差ΔF也越大．,考點一 實驗操作及實驗原理,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,考點一 實驗操作及實驗原理,某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖．,(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________． (2)本實驗采用的科學(xué)方法是________． A．理想實驗法 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法 (3)實驗時，主要的步驟是： A．在桌上放一塊方木板，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；,F′,B,C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置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．只用一只彈簧測力計，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______________________________________________．,C,E,C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向”,E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”,[解析] (1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至O點的 拉 力一定 沿AO方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′. (2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故B正確． (3)①根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實 驗 的操 作 規(guī)程 可知，有重要遺漏的步驟的序號是C、E. ②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)點拉到同一位置O.,(2014·高考江蘇卷)小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則．,考點二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析,(2)仔細(xì)分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果．他用彈簧測力計先后兩次 將橡皮筋拉伸到相同長度， 發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響． 實驗裝置如圖乙所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板 上，橡皮筋的上端固定于 O 點，下端 N 掛一重物. 用與白紙平行的水平力緩慢地移動 N，在白紙上記錄下N 的軌跡. 重復(fù)上述過程，再次記錄下 N 的軌跡．,兩次實驗記錄的軌跡如圖丙所示. 過 O 點作一條直線與軌跡交于 a、b 兩點， 則實驗中橡皮筋分別被拉伸到 a 和 b 時所受拉力 Fa、Fb 的大小關(guān)系為________.,Fa＝Fb,(3)根據(jù)(2)中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有哪些________ (填寫選項前的字母)． A．橡皮筋的長度與受到的拉力成正比 B．兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第 2 次的長度較長 C．兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第 2 次受到的拉力較大 D．兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大 (4)根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項．,BD,[解析] (2)以重物為研究對象，進行受力分析．重物受到重力、水平向右的拉力和橡皮筋的拉力，重物處于靜止?fàn)顟B(tài)的合力為零，因橡皮筋的拉力方向相同，故橡皮筋的拉力相等． (3)橡皮筋的形變量和所受到的力有關(guān)，選項A錯誤；從圖上看，第二次運動軌跡遠(yuǎn)離O點，橡皮筋第2次的形變量大，B正確；兩次拉伸到相同長度，第二次對應(yīng)的力小，選項C錯誤；拉力越大，由題圖丙可得橡皮筋兩次的長度差越大，故選項D正確． (4)注意選取橡皮筋的技巧：一要新；二要彈性好；三不要超過彈性限度．故拉力不應(yīng)該太大；橡皮筋不能太長；選用彈性較好的橡皮筋．,[答案] (1)如圖(F合＝4.6～4.9 N都算對) (4)橡皮筋拉伸不宜過長；選用新橡皮筋(或：拉力不宜過大；選用彈性好的橡皮筋；換用彈性好的彈簧),2016年高考命題對本實驗可能從以下角度改進： 1．在水平面內(nèi)改為在豎直平面內(nèi)做實驗，拉橡皮筋改為懸掛重物，可避免橡皮筋彈性變化帶來的誤差． 2．彈簧測力計用力傳感器取代，可避免摩擦的影響，使讀數(shù)更方便、精確．,某同學(xué)用如圖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 的實驗要求是________． 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． [答案]見解析,3.6,D,[解析] (1)彈簧測力計的最小刻度為0.2 N，所以A的讀數(shù)為3.6 N. (2)根據(jù)三力平衡的特點可知，彈簧測力計A、B的拉力的合力與重物M的重力等值反向，故A項是必要的．彈簧測力計的零點誤差影響各拉力的測量值，所以使用前需校零，B項是必要的．只有拉線方向與木板平面平行，才能保證所研究的各力在同一平面內(nèi)，C項也是必要的．實驗中只需測出兩拉力的大小和方向以及重物的重力即可驗證平行四邊形定則，而測力計A的拉力不同時O點的位置就不同，故沒必要使O點靜止在同一位置，答案為D.,(3)彈簧測力計A的指針稍稍超出量程，說明拉彈簧測力計A的力大了，可行的解決方法有：①改變彈簧測力計B拉力的大小或方向；②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測力計)．,[點評] 本實驗利用了三力平衡的特點 來驗證力的 平 行四邊形定則，實驗時沒有必要每次都使O點靜止在同一位置，只要整個裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)即可，使操作更方便．,