第三章相互作用实验2验证力的平行四边形定则课件1:38张PPT

课件38张PPT。实验:验证力的平行四边形定则【实验过程】
一、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,使橡皮条伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数F1和F2,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F′和细绳套的方向。
5.改变两个力F1与F2的大小和夹角再重复实验两次。二、数据处理
1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套的方向画直线,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为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,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F′的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示。
3.比较F′和用平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同。【实验探究】
1.在实验中,每次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?若仅保持两次橡皮条的伸长长度相同而不使橡皮条的结点拉到同一位置,能否验证平行四边形定则?提示:(1)每次实验必须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代的思想方法。
(2)由于力是矢量,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。2.本实验中对两只弹簧测力计有何要求?使用时应注意哪些问题?
提示:(1)本实验中的两只弹簧测力计的选取方法: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)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。
(4)读数时应正对、平视刻度。3.本实验中哪些方面容易导致误差的产生?如何减小误差?
提示:(1)读数误差。减小读数误差的方法:选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度;弹簧测力计指示数值在允许的情况下,尽量大一些,读数时视线要垂直于刻度盘,要按有效数字正确读数和记录。(2)作图误差。减小作图误差的方法:①严格作图,作图时两力的对边一定要平行;②实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大,但也不宜过小,以60°到120°之间为宜;③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。类型1 实验原理及注意事项
【典例1】某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,测得图中弹簧OC的劲度系数为500N/m。如图甲所示,用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验。在保持弹簧伸长1.00cm不变的条件下,(1)若弹簧秤a、b间夹角为90°,弹簧秤a的读数是________N(图乙中所示),则弹簧秤b的读数可能为________N。(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角,则弹簧秤a的读数________,弹簧秤b的读数________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
(1)弹簧秤a、b间夹角为90°,已知两个力的大小和方向,运用平行四边形法则求出b的大小。
(2)本题中O点的位置不变,OC的大小和方向不变,Oa和OC的夹角不变,即Oa拉力的方向不变,弹簧秤a、b间夹角大于90°,应用矢量三角形画出动态分析图最简便。【解析】(1)从图可知指针示数为3.00N,考虑到误差范
围,3.00～3.02N均算对。弹簧OC的劲度系数为500N/m,
弹簧伸长1.00cm,FOC=kx=500×0.01N=5.0N。
另一分力Fb= =4.0N。(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90°,弹簧OC的力的大小和方向不变,保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变,就是弹簧秤a的方向不变,减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角时,三个力的关系如图,则可知弹簧秤a的读数变大,弹簧秤b的读数变大。答案:(1)3.00～3.02　3.9～4.1(有效数字不作要求)
(2)变大　变大类型2 实验数据的处理
【典例2】(2015·山东高考)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:
①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿
竖直方向。
②如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在
弹簧秤的秤钩上,另一端用圆珠笔尖竖
直向下拉,直到弹簧秤示数为某一设定
值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧秤
的示数F,测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧秤示数改变0.50N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:
③找出②中F=2.50N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O′,橡皮筋的拉力记为F∞′。④在秤钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在秤钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使秤钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。完成下列作图和填空:
(1)利用表中数据在给出的坐标纸上画出F-l图线,根据图线求得l0=______cm。(2)测得OA=6.00cm,OB=7.60cm,则FOA的大小为_____N。
(3)根据给出的标度,作出FOA和FOB的合力F′的图示。(4)通过比较F′与____________的大小和方向,即可得出实验结论。【解析】(1)F-l图线的横轴截距表示F=0时橡皮筋l的值,因此F-l图线的横轴截距即表示橡皮筋原长,l0= 10.0cm。
(2)橡皮筋总长度l=6.00cm+7.60cm=13.60cm,在F-l图线上找到与13.60cm对应的弹力F=1.80N。
(3)根据平行四边形定则,作出平行四边形并求出对角线表示的力F′。(4)因为F′是根据平行四边形定则求出的,FOO′是实际测量出的,如果在误差允许范围内,F′与FOO′近似相等,就验证了平行四边形定则。答案:(1)如图所示

10.00(9.80、9.90、10.10均正确)
(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)如图所示

(4)FOO′类型3 实验创新设计
【典例3】有同学利用如图所示的装置来验
证力的平行四边形定则:在竖直木板上铺有
白纸,固定两个光滑的滑轮A和B,将绳子打
一个结O,每个钩码的质量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数确定3根绳子的拉力TOA、TOB和TOC,回答下列问题:(1)改变钩码个数,实验能完成的是　(　　)
A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4
B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4
C.钩码的个数N1=N2=N3=4
D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的两个步骤是　(　　)
A.标记结点O的位置,并记录OA、OB、OC三段绳子的方向
B.量出OA、OB、OC三段绳子的长度
C.用量角器量出三段绳子之间的夹角
D.记录钩码个数N1、N2、N3
E.用天平测出钩码的质量(3)在作图时,你认为如图中________(选填“甲”或“乙”)是正确的。【解析】(1)实验中分力与合力的关系必须满足:|TOA-TOB|≤TOC≤TOA+TOB,因此,B、C、D是可以的。
(2)钩码的个数可代表所研究各力的大小,在拆下钩码和绳子前记下O点的位置和OA、OB和OC三段绳子拉力的方向,即可验证力的平行四边形定则,故A、D正确。(3)OC绳拉力TOC一定是竖直的,其反向延长线应是OA和OB两绳拉力TOA、TOB合力方向(理论值),但考虑实验误差的存在,作图后可能会有所偏离,故甲是正确的。
答案:(1)B、C、D　(2)A、D　(3)甲