【创新教程】2015届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 新人教版

(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发 生变化？答：________.(选填“变”或“不变”)． (3)本实验采用的科学方法是( ) A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．建立物理模型法 [解析] (1)用平行四边形定则作图得到的是合力的理论值，即F； 直接测量得到的是合力的实际测量值，即 F′. (2)细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力F1、F2，换用橡皮 筋拉结果是一样的． (3)力的合成与分解使用的是等效替代法，B正确． [答案] (1)F F′ (2)不变 (3)B
实验典例突破
[例 1] “探究力的平行四边形定则”的实验如图甲所示，其中 A 为固定橡皮筋的图钉，O 为橡皮筋与细线的结点，OB 和 OC 为 细绳．图乙所示是在白纸上根据实验结果画出的图． (1)图乙中的________是力 F1 和 F2 的合力的理论值；________是 力 F1 和 F2 的合力的实际测量值．
过步骤 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，橡皮条的另一端拴一短绳，细绳的另一端 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．
D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力 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，记下细绳套的方向，按同一标度作出这个力 F′的图示； F．比较 F′与 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__________________．
[规范思维] 直接测得的是实际测量值，方向一定沿橡皮筋AO 的方向，而用平行四边形作图得到的是实验的理论值即 F，由于 实验误差的存在，F与F′是不一定重合的．
[例 2] (2014 年天津模拟)如图所示，某小组同学利用 DIS 实验装 置研究支架上力的分解．A、B 为两个相同的双向力传感器，该 型号传感器在受到拉力时示数为正，受到压力时示数为负．A 连 接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动．B 固定不动， 通过光滑铰链连接长 0.3 m 的杆．将细绳连接在杆右端 O 点构成 支架，保持杆在水平方向，按如下步骤操作：
①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ； ②对两个传感器进行调零； ③用另一细绳在 O 点悬挂一个钩码，记录两个传感器的示数； ④取下钩码，移动传感器 A 改变 θ 角．
重复上述①②③④，得到下表所示数据. F1/N 1.001 0.580 „ 1.002 „ F2/N －0.868 －0.291 „ 0.865 „ θ 30° 60° „ 150° „ (1) 根 据 表 格 ， A 传 感 器 对 应 的 是 表 中 力 ________( 填 “F1” 或 “F2”)． 钩码质量为________kg(保留 1 位有效数字， g 取 10 m/s2)． (2) 本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是 ( ) A．因为事先忘记调零 B．何时调零对实验结果没有影响 C．为了消除横杆自身重力对结果的影响 D．可以完全消除实验的误差
[解析] (1)根据题意可知A传感器中的力均为正值，故A传感 器对应的是表中力F1，平衡时有mg＝F1sin θ，当θ＝30°时， F1＝1.001 N，可求得m＝0.05 kg.(2)在挂钩码之前，对传感器 进行调零，目的是消除横杆自身重力对结果产生的影响，故 C 正确． [答案] (1)F1 0.05 (2)C
六、误差分析 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，这样得到的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.
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．
五、注意事项 1．不要直接以橡皮条的端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套， 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．使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不能超过量程，拉 弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行．被测力的方向应与弹簧测力 计轴线方向一致，拉动弹簧时不可与外壳相碰或摩擦． 3．在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同． 4．两拉力 F1 和 F2 夹角不宜过小，做力的图示，标度要一致． 5．读数时应正对、平视刻度．
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．
实验三 验证力的平行四边形定则
要点解读回放
一、实验目的 1．学会用弹簧测力计和细线测出力的大小与方向． 2．运用力的图示法探究互成角度的两个共点力合成时遵循平行 四边形定则． 二、实验原理 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位置， 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． 三、实验器材 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.
解析：(1)根据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重 要遗漏的步骤的序号是C、E. (2)C中未记下两细绳套的方向．E中未说明是否把橡皮条的结点 拉到了同一位置O. 答案：(1)C E (2)在C中未记下两细绳套的方向 E中未说明 是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O [规范思维] 注意到拉力既有大小，又有方向，在本实验的操作中 ，一定要记录力的这两个要素．
[跟踪训练] 某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时的主要步骤是： A．在桌上平放一块方木板，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 端拴上一短细绳，细绳的另一端系上两个细绳套； C．用两个弹簧测力计分别钩住两个绳套，互成角度地拉橡皮条 的同一结点，使橡皮条伸长，结点到达某一位置 O.记录下 O 点 的位置，读出两个弹簧测力计的示数；