（新课标）2020年高考物理一轮总复习 实验三 验证力的平行四边形定则课件

实验探究课实验三验证力的平行四边形定则实验解读·核心探究实验热点·各个击破栏目导航随堂练·知能提升[实验目的]1．掌握弹簧测力计的正确使用方法．2．验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．[实验原理]用一个力F′和两个力F1、F2分别使同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，则它们的作用效果相同，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，再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同．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．[实验器材]方木板、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)、铅笔．[实验步骤]1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．2．用图钉把橡皮条的一端固定在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套的方向．4．只用一只弹簧测力计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的方向．5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验．[数据处理]1．从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出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．从O点按同样的标度沿记录的方向作出一只弹簧测力计的拉力F′的图示．3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．[误差分析]1．读数误差弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录．2．作图误差(1)结点O的位置和两只弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差．(2)两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重复做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不变)，则α变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大，导致作图产生较大误差．(3)作图比例不恰当、不准确等造成作图误差．[注意事项]1．使用弹簧测力计前，要先调整指针，使之指在零刻度处．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．细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．3．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°为宜．4．在同一次实验中，橡皮条拉长时结点的位置必须相同．5．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．热点一实验原理与操作[典例1]在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳套，如图甲所示，实验中先用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，把橡皮条的一端拉到O点，用铅笔描下O点位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，然后只用一个弹簧测力计，通过细绳套再次把橡皮条的一端拉到O点，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，作出三个力的图示，如图乙所示．(1)下列说法正确的是()A．实验中两个细绳套应适当长一些，可以减小实验误差B．在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向C．在作力F1、F2的图示时，必须选取同样的标度，而作F′的图示时，可以选取不同的标度D．最后，连接F1、F2和F′三个力的末端，验证所得图形是不是平行四边形(2)甲同学在做这个实验的时候，两个弹簧测力计的量程都是10N，他把弹簧测力计校零之后，先测量一个质量为1kg的物体的重力，发现弹簧测力计的示数为8.2N，换用另外一个弹簧测力计测量这个物体的重力，发现示数还是8.2N，测量重力的操作都是正确的是，如果用这两个弹簧测力计进行实验，对实验结果有影响么？________(填“有”或者“没有”)．乙同学实验后才发现忘记对这两个弹簧测力计校准零点，他把两个弹簧测力计平放在实验台上，发现两个弹簧测力计的示数都是0.3N，乙同学的弹簧测力计对实验结果有影响么？________(填“有”或者“没有”)．解析：(1)拉橡皮条的细绳适当长一些，以方便画出力的方向，可以减小误差，故A正确；在用力拉弹簧测力计时，拉力应沿弹簧测力计的轴线方向，否则会影响拉力大小，故B正确；在作力F1、F2的图示时，必须选取同样的标度，而作F′的图示时，也必须选取相同的标度，故C错误；根据F1、F2作出平行四边形，比较对角线和F′的关系，故D错误．(2)用两个校零后的弹簧测力计测量同一个物体发现示数相等，则这两个弹簧测力计的劲度系数相等，用这两个弹簧测力计进行实验，拉力和伸长量成正比，对实验结果没有影响；若两个弹簧测力计测量前都没有校零，且没有拉力时弹簧测力计的示数都是0.3N，则用此弹簧测力计测量时，弹力的大小实际值应等于测量值减去0.3N，根据实验值作平行四边形时，误差较大，对实验有影响．答案：(1)AB(2)没有有1．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某小组利用如图甲所示的装置完成实验，橡皮条的一端C固定在木板上，用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点．(1)下列叙述正确的是()A．该实验中CO的拉力是合力，AO和BO的拉力是分力B．两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置C．实验中AO和BO的夹角应尽可能大D．在实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线E．实验中，只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置(2)对数据处理后得到如图乙所示的图线，则F与F′两力中，方向一定沿CO方向的是________．(3)本实验采用的科学方法是________．解析：(1)该实验中CO的拉力与AO和BO的拉力平衡，即CO的拉力与AO和BO的拉力的合力等大反向，A错；本实验利用等效法验证平行四边形定则，故两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，B对；实验中AO和BO的夹角应适度，C错；在实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线，D对；实验中，需记录弹簧测力计的读数、拉力的方向和O点的位置，E错．(2)F是用平行四边形定则得出来的理论值，F′是与橡皮筋共线的实际值．答案：(1)BD(2)F′(3)等效替代热点二数据处理与误差分析[典例2](2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)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(b)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(a)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＝4.2N和F2＝5.6N．(i)用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图(a)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；(ii)F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)由图(b)可知，弹簧测力计的最小分度为0.2N，故可读出弹簧测力计读数为4.0N.(2)(i)由已知可得F1所对长度为21mm，F2所对长度为28mm，根据平行四边形法则画出合力大小．(ii)根据几何关系可得合力大小为4.2－5.622＋5.622＝4.0N(也可直接由图象读出合力大小为4.0N)；F合与拉力F夹角的正切值为4.2－5.625.62＝324－1＝0.06(若2按照1.4计算，结果为0.05)．答案：(1)4.0(2)(i)参考图(c)(ii)4.00.06(或0.05)2.在“探究求合力的方法”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套，实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.(1)某同学在做该实验时认为：A．用两个弹簧测力计拉橡皮条时，应使两个绳套之间的夹角为90°，以便计算出合力的大小B．用两个弹簧测力计拉橡皮条时结点的位置必须与用一个弹簧测力计拉时的结点重合C．拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行D．拉力F1和F2的夹角越大越好E．在不超过弹簧测力计量程的条件下，应该尽可能地使弹簧测力计的拉力大一些其中正确的是________．(填入相应的字母)(2)若两个弹簧测力计的读数均为4N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则_____(填“能”或“不能”)用一个量程为5N的弹簧测力计测量出它们的合力．解析：(1)用两个弹簧测力计拉橡皮条时，不一定使两个绳套之间的夹角为90°，A错误；用两个弹簧测力计拉橡皮条时结点的位置必须与用一个弹簧测力计拉时的结点重合，以保证实验的等效性，B正确；拉橡皮条时，弹簧测力计、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行，以减小实验的误差，C正确；拉力F1和F2的夹角要适当，不一定越大越好，D错误；在不超过弹簧测力计量程的条件下，应该尽可能地使弹簧测力计的拉力大一些，以减小误差，选项E正确．(2)若两个弹簧测力计的读数均为4N，且两弹簧测力计拉力的方向相互垂直，则合力为F＝2F1＝42N≈5.7N＞5N，所以不能用一个量程为5N的弹簧测力计测量出它们的合力．答案：(1)BCE(2)不能热点三实验的改进与创新以本实验为背景，依据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．1．考查对实验原理的理解、实验方法的迁移2．实验器材的改进(1)橡皮筋――→替代弹簧测力计(2)钩码――→替代弹簧测力计创新点一实验器材的创新[典例3]某同学利用如图甲所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上钉上白纸，固定两个滑轮A和B(绳与滑轮间的摩擦不计)，三根绳子的结点为O，在左右及中间的绳端分别挂上个数为N1、N2和N3的钩码，每个钩码的质量相等．当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3.(1)关于本实验，以下说法中正确的是()A．若钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4时可以完成实验B．若钩码的个数N1＝N2＝N3＝4时可以完成实验C．拆下钩码和绳子前应当用量角器量出三段绳子之间的夹角D．拆下钩码和绳子前应当用天平测出钩码的质量E．拆下钩码和绳子前应当标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向(2)在作图时，图乙中正确的是________(填“A”或“B”)．解析：(1)因实验时，三个力之间有夹角，故当钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4时，三个力是不能平衡的，A错误；若钩码的个数N1＝N2＝N3＝4时，三个力的夹角都是120°可以平衡，故可以完成实验，B正确；拆下钩码和绳子前应当记下结点O的位置、钩码的个数及三条绳子的方向，故C错误，E正确；不需要用天平测量钩码质量，D错误．(2)在作图时，F3是实际作用效果，应在OC直线上．故图乙中正确的是A.答案：(1)BE(2)A[典例4]某同学找到一条遵循胡克定律的橡皮筋来验证力的平行四边形定则，设计了如下实验：(1)将橡皮筋的两端分别与两条细线相连，测出橡皮筋的原长．(2)将橡皮筋一端用细线固定在竖直板上的M点，在橡皮筋的中点O再用细线系一重物，重物自然下垂，如