物理多媒体教学课件：3.实验 验证力的平行四边形定则（人教版必修1）

课件32张PPT。实验 验证力的平行
四边形定则1、掌握弹簧测力计的正确使用方法．
2、根据实验的要求，会对给定的实验步骤排序、纠错．
3、验证力的平行四边形定则，培养作图法处理问题的能力．求两个力的合力时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，夹在两邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向，这个法则叫平行四边形定则。F2一个力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′的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则. 方木板一块、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)、细芯铅笔.1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.并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.
2.用两只弹簧测力计分别钩住
细绳套，互成角度地拉橡皮条,
使橡皮条伸长到某一位置O,如
图1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.3.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套的方向.
4.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,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.5.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F′的图示.
6.比较一下,力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同.白纸钉在木板处,两弹簧测力计同拉有角度,读数线选标度,再用一秤拉同处,作出力的矢量图. 1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细线方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，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.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，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示．
3.比较力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同．1.用两个测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内,这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小.
2.结点O的位置和两个测力计的方向画得不准,造成作图的误差.
3.两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重做两次实验，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，因而测力计示数变化不显著,读数误差大.
4.作图比例不恰当造成作图误差. 1．正确使用弹簧测力计
(1)实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换或调校，直至相同为止．
(2)使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些，但不能超出它的测量范围．(3)使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)．还需用钩码检查是否存在示值误差，若存在，应加以校正．
(4)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩擦．
(5)读数时应正对、平视刻度．2．规范实验操作
(1)不要直接以橡皮条端点为结点，可用一段细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置．
(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同．
(3)不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．(4)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，取掉细绳套后，再将所标点与O点连一直线确定力的方向．
(5)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．
(6)两拉力F1和F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致。1.实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力计测量的实际合力F′忘记标注而造成错乱,你如何加以区分?
提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F′，不共线的合力表示由作图法得到的合力F.2.如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？
提示：保持两力的大小不变,改变两力之间的夹角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的位置变化,判断合力大小的变化情况,结点离固定点越远,说明两力的合力越大. 3.每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同,能否验证平行四边形定则？
提示:每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法.由于力不仅有大小,还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则. 例1 如下图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是尊重事实的．解析：由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边形定则所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力，显然F′的方向应在细线的方向上，因甲同学F′的方向与细绳在同一直线上，故甲同学是尊重事实的．
答案：甲
本题解答的重点在F′的方向的确定上．两位同学的实验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的．规律总结：理解实验原理是做好实验的关键，实验器材的选择，实验方案的设计、实验步骤的安排、实验误差分析等都必须依据实验原理来进行训练1.在做验证力的平行四边形定则的实验时，先用两个弹簧测力计拉橡皮条，再用一个弹簧秤拉橡皮条，两次须使橡皮条的结点达到同一位置，这样做是为了(　　)
A．便于测量力的大小
B．使两个分力和它的合力产生相同的效果
C．使两个分力和它的合力有相同的作用点
D．便于画出分力与合力的方向BC解析：本实验是一个验证性实验，就是要共点的两个力与它们的合力是否满足平行四边形定则，因合力与它的分力是等效力，两次使橡皮条沿同一方向伸长相同的长度，表明第一次对橡皮条所加的两个力与第二次对橡皮条所加的一个力是等效力，其次，本实验是共点的两个力的合成，所以拉到同一位置也满足了共点的条件，故本题正确选项为BC.
答案：BC例2 该实验中的三个步骤如下：(1)在水平放置的木板上固定一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细绳套，通过细绳套同时用两个测力计互成角度的拉橡皮条，使它与细绳套的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两测力计的示数F1和F2.(2)在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则做出合力F.(3)只用一个测力计通过细绳套拉橡皮条，使它的伸长量与两个测力计拉时相同，记下此时测力计的示数F′和细绳套的方向．
以上三个步骤中均有错误或疏漏，请指出错在哪里？ (1)中是______________________________．
(2)中是______________________________．
(3)中是______________________________．
答案：(1)中未记下细绳套的方向
(2)中应根据F1和F2的大小和方向作图
(3)中应将橡皮筋与细绳套的结点拉至同一位置O点训练2.某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：
A．在桌面上放一块方木板，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：步骤C交叉中忘记记录两细绳套的方向，步骤E中应将结点拉至O点．
答案：(1)C　 E　 (2)记录两细绳套的方向　把结点拉至O点例3 将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计.沿着两个不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示.这时弹簧测力计的读数可从图中读出. (1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为___N和______N.
(2)在下图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.解析：
(1)两弹簧测力计的读数分别为4.0N和2.5N.
(2)作出合力如下图所示．1.合力与分力的概念：
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,所以力F′就是这两个力F1和F2的合力。
2.力的合成：
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′的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则.