2020高考物理大一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件 新人教版.ppt

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實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)溯本求源 實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)探究 課時鞏固訓(xùn)練 教師備用習(xí)題 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會用彈簧測力計(jì)和細(xì)線測出力的大小與方向 2 運(yùn)用力的圖示法探究互成角度的兩個共點(diǎn)力合成時遵循 二 實(shí)驗(yàn)原理一個力F 的作用效果和兩個力F1 F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到 所以力F 就是這兩個力F1和F2的合力 作出力F 的圖示 再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示 比較F和F 的大小和方向是否相同 若相同 則說明互成角度的兩個力合成時遵循 平行四邊形定則 同一位置 平行四邊形定則 三 實(shí)驗(yàn)器材方木板一塊 白紙 彈簧測力計(jì) 兩只 短繩 細(xì)繩套 兩個 圖釘 幾個 細(xì)芯鉛筆 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上 并用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn) 橡皮條的另一端拴一短繩 短繩的另一端拴上兩個細(xì)繩套 橡皮條 刻度尺 2 用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長到某一位置O 如圖S3 1所示 記錄兩只彈簧測力計(jì)的讀數(shù) 用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時兩個細(xì)繩套的 3 只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O 記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩套的 方向 方向 圖S3 1 4 用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩套方向畫直線 按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)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(diǎn)畫平行四邊形的對角線 此對角線即為合力F的圖示 5 用刻度尺從O點(diǎn)按同樣的標(biāo)度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計(jì)時的拉力F 的圖示 6 比較一下力F 與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向是否 相同 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作 每次實(shí)驗(yàn)保證結(jié)點(diǎn)位置保持不變 是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同 這是物理學(xué)中等效替代的思想方法 由于力不僅有大小 還有方向 若兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點(diǎn)位置不同 則說明兩次效果不同 不滿足合力與分力的關(guān)系 不能驗(yàn)證平行四邊形定則 例1某同學(xué)用如圖S3 2所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證 力的平行四邊形定則 彈簧測力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P 下端用細(xì)線掛一重物M 彈簧測力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn) 手持另一端向左拉 使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置 分別讀出彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù) 并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向 1 本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計(jì)示數(shù)的單位為N 圖中A的示數(shù)為N 圖S3 2 2 下列實(shí)驗(yàn)要求中不必要的是 填選項(xiàng)前的字母 A 應(yīng)測量重物M所受的重力B 彈簧測力計(jì)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(jìn)行多次實(shí)驗(yàn) 每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置 3 某次實(shí)驗(yàn)中 該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出量程 請你提出兩個解決辦法 答案 1 3 6 2 D 3 減小彈簧測力計(jì)B的拉力 減小重物M的質(zhì)量 或?qū)更換成更大量程的彈簧測力計(jì) 改變彈簧測力計(jì)B的拉力方向等 解析 1 由圖示可知 彈簧測力計(jì)A的分度值為0 2N 其示數(shù)為3 6N 2 彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù)分別為兩細(xì)線的拉力的大小 同時畫出細(xì)線的方向即為拉力的方向 懸掛重物的細(xì)線拉力方向確定 但大小未知 所以需要測重物所受的重力 A項(xiàng)必要 彈簧測力計(jì)在使用之前必須校零 B項(xiàng)必要 拉線方向必須與木板平面平行 這樣才確保力的大小準(zhǔn)確 C項(xiàng)必要 該實(shí)驗(yàn)中 改變拉力時 只要重物處于平衡狀態(tài) 兩彈簧測力計(jì)的拉力的合力就與M的重力等大反向 因此O點(diǎn)不用每次靜止在同一位置 D項(xiàng)不必要 3 若彈簧測力計(jì)A的指針稍稍超出其量程 則說明連接彈簧測力計(jì)B與重物的兩根細(xì)線的力的合力已偏大 又由于掛重物的細(xì)線的力的方向已確定 所以要么減小重物的質(zhì)量 要么改變彈簧測力計(jì)B拉細(xì)線的方向 或減小彈簧測力計(jì)B拉力的大小 從而使測力計(jì)A的指針不超出量程 要點(diǎn)總結(jié) 實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng) 1 不要直接以橡皮條的端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn) 可拴一短細(xì)繩連接兩個細(xì)繩套 以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn) 且應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些 以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置 2 使用彈簧測力計(jì)前 應(yīng)先校零 使用時不能超過量程 拉彈簧測力計(jì)時 應(yīng)使彈簧測力計(jì)與木板平行 被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計(jì)軸線方向一致 拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦 3 在同一次實(shí)驗(yàn)中 橡皮條伸長時的結(jié)點(diǎn)位置要相同 4 兩個拉力F1和F2的夾角不宜過小 作力的圖示時 標(biāo)度要一致 5 讀數(shù)時應(yīng)正對 平視刻度 熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理 例2某實(shí)驗(yàn)小組用一只彈簧測力計(jì)和一個量角器等器材驗(yàn)證力的平行四邊形定則 設(shè)計(jì)了如圖S3 3所示的實(shí)驗(yàn)裝置 固定在豎直木板上的量角器的直邊水平 橡皮筋的一端固定于量角器圓心O的正上方A處 另一端系繩套1和繩套2 主要實(shí)驗(yàn)步驟如下 a 彈簧測力計(jì)掛在繩套1上豎直向下拉橡皮筋 使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處 記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F 圖S3 3 b 彈簧測力計(jì)掛在繩套1上 手拉著繩套2 緩慢拉橡皮筋 使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)到達(dá)O處 此時繩套1沿0 方向 繩套2沿120 方向 記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1 c 根據(jù)力的平行四邊形定則計(jì)算出繩套1的拉力F 1 d 比較 若在誤差允許范圍內(nèi)相同 則可初步驗(yàn)證 e 只改變繩套2的方向 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟 回答下列問題 1 完成實(shí)驗(yàn)步驟 2 將繩套1由0 方向緩慢轉(zhuǎn)動到60 方向 同時繩套2由120 方向緩慢轉(zhuǎn)動到180 方向 此過程中保持橡皮筋的結(jié)點(diǎn)在O處不動 保持繩套1和繩套2的夾角為120 不變 關(guān)于繩套1的拉力大小的變化 下列結(jié)論正確的是 填選項(xiàng)前的字母 A 逐漸增大B 先增大后減小C 逐漸減小D 先減小后增大 變式題某同學(xué)在做 探究求合力的方法 實(shí)驗(yàn)時 把橡皮條的一端用圖釘固定于P點(diǎn) 同時用兩個彈簧測力計(jì)將橡皮條的另一端拉到位置O 這時兩彈簧測力計(jì)的示數(shù)分別為FA 4 0N FB 3 5N 其位置記錄如圖S3 4所示 若橡皮條的活動端僅用一個彈簧測力計(jì)拉到位置O 彈簧測力計(jì)的示數(shù)為FC 6 0N 其位置記錄如圖S3 4所示 1 用3mm表示1N 在圖S3 4中作出力FA FB和FC的圖示 2 根據(jù)平行四邊形定則在圖S3 4中作出FA和FB的合力F F的大小為N 3 該實(shí)驗(yàn) 選填 能 或 不能 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 圖S3 4 要點(diǎn)總結(jié) 本實(shí)驗(yàn)涉及的數(shù)據(jù)記錄和處理主要是通過規(guī)范作圖和準(zhǔn)確標(biāo)度來實(shí)現(xiàn)的 其中涉及彈簧測力計(jì)的讀數(shù)要注意遵守有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則 1 有同學(xué)利用如圖S3 5所示的裝置來驗(yàn)證力的平行四邊形定則 在豎直木板上鋪有白紙 固定兩個光滑的滑輪A和B 將繩子打一個結(jié)點(diǎn)O 每個鉤碼的重量相等 當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時 根據(jù)鉤碼個數(shù)讀出三根繩子的拉力大小F1 F2和F3 回答下列問題 1 按下列方式改變鉤碼個數(shù) 實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖?填選項(xiàng)前的字母 A 鉤碼的個數(shù)N1 N2 2 N3 4B 鉤碼的個數(shù)N1 N3 3 N2 4C 鉤碼的個數(shù)N1 N2 N3 4D 鉤碼的個數(shù)N1 3 N2 4 N3 5 圖S3 5 2 在拆下鉤碼和繩子前 最重要的一個步驟是 填選項(xiàng)前的字母 A 標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置 并記錄OA OB OC三段繩子的方向B 量出OA OB OC三段繩子的長度C 用量角器量出三段繩子之間的夾角D 用天平測出鉤碼的質(zhì)量 3 在作圖時 你認(rèn)為圖S3 6中 選填 甲 或 乙 是正確的 圖S3 6 2 如圖S3 7所示 某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)利用DIS實(shí)驗(yàn)裝置研究支架上力的分解 A B為兩個相同的雙向力傳感器 該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正 受到壓力時讀數(shù)為負(fù) A連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩 可在固定的板上沿圓弧移動 B固定不動 通過光滑鉸鏈連接長0 3m的桿 將細(xì)繩連接在桿右端O點(diǎn)構(gòu)成支架 保持桿在水平方向 按如下步驟操作 測量繩子與水平桿的夾角 AOB 對兩個傳感器進(jìn)行調(diào)零 用另一根繩在O點(diǎn)懸掛一個鉤碼 記錄兩個傳感器的讀數(shù) 圖S3 7 取下鉤碼 移動傳感器A改變 角 重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟 得到數(shù)據(jù)見下表 1 根據(jù)表格數(shù)據(jù) A傳感器對應(yīng)的是表中力 選填 F1 或 F2 鉤碼質(zhì)量為kg g取10m s2 結(jié)果保留一位有效數(shù)字 2 本實(shí)驗(yàn)中多次對傳感器進(jìn)行調(diào)零 對此操作說明正確的是 填選項(xiàng)前的字母 A 因?yàn)槭孪韧浾{(diào)零B 何時調(diào)零對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響C 為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響D 可以完全消除實(shí)驗(yàn)的誤差 3 小白用如圖S3 8所示的裝置驗(yàn)證 力的平行四邊形定則 其部分實(shí)驗(yàn)操作如下 請完成下列相關(guān)內(nèi)容 a 在木板上記下懸掛兩個鉤碼時彈簧末端的位置O b 卸下鉤碼 然后將兩細(xì)繩套系在彈簧下端 用兩彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套將彈簧末端拉到同一位置O 記錄細(xì)繩套AO BO的及兩彈簧測力計(jì)相應(yīng)的讀數(shù) 圖S3 9中B彈簧測力計(jì)的讀數(shù)為N 圖S3 8 圖S3 9 c 小白在坐標(biāo)紙上畫出兩彈簧測力計(jì)拉力FA FB的大小和方向如圖S3 10所示 請你用作圖工具在圖中坐標(biāo)紙上作出FA FB的合力F d 已知鉤碼的重力 可得彈簧所受的拉力F如圖S3 10所示 e 最后觀察比較F和F 得出結(jié)論 圖S3 10 4 一同學(xué)用電子秤 水壺 細(xì)線 墻釘和貼在墻上的白紙等物品 在家中驗(yàn)證力的平行四邊形定則 圖S3 11 1 如圖S3 11甲所示 在電子秤的下端懸掛一裝滿水的水壺 記下水壺時電子秤的示數(shù)F 2 如圖乙所示 將三細(xì)線L1 L2 L3的一端打結(jié) 另一端分別拴在電子秤的掛鉤 墻釘A和水壺帶上 水平拉開細(xì)線L1 在白紙上記下結(jié)點(diǎn)O的位置 和電子秤的示數(shù)F1 3 如圖丙所示 將另一顆墻釘B釘在與O同一水平位置上 并將L1拴在其上 手握電子秤沿著 2 中L2的方向拉開細(xì)線L2 使和三根細(xì)線的方向與 2 中重合 記錄電子秤的示數(shù)F2 4 在白紙上按一定標(biāo)度作出電子秤拉力F F1 F2的圖示 根據(jù)平行四邊形定則作出F1 F2的合力F 的圖示 若 則平行四邊形定則得到驗(yàn)證 5 用如圖S3 12甲所示的裝置做 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn) 1 某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作如下 請完成相關(guān)內(nèi)容 在桌面上放一方木板 在方木板上鋪一張白紙 用圖釘把白紙釘在方木板上 用圖釘把橡皮條一端固定在A點(diǎn) 另一端系上兩條細(xì)繩 細(xì)繩的另一端系有繩套 圖S3 12 用兩個彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O 記下O點(diǎn)的位置 讀出兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù) 并 按選好的標(biāo)度 用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示 并用平行四邊形定則求出合力F 只用一個彈簧測力計(jì) 通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O 記下細(xì)繩的方向 按同一標(biāo)度作出這個力F 的圖示 2 某次實(shí)驗(yàn)中彈簧測力計(jì)的示數(shù)如圖乙所示 則a b兩彈簧測力計(jì)的拉力的大小分別為N N 3 某同學(xué)完成 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)操作后得到的數(shù)據(jù)如圖S3 13所示 請選好標(biāo)度后在方框中作圖完成該同學(xué)未完成的實(shí)驗(yàn)處理 寫出得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論 4 若兩個彈簧測力計(jì)的讀數(shù)分別為3 00N 4 00N 且兩彈簧測力計(jì)拉力方向的夾角為銳角 則能不能用一個量程為5N的彈簧測力計(jì)測出它們的合力 理由是什么 圖S3 13 解析 1 用兩個彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 橡皮條伸長 使結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O 此時需要用鉛筆記下O點(diǎn)的位置和兩條細(xì)繩的方向 并讀出兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù) 只用一個彈簧測力計(jì) 通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O 此時需要讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù) 并記下細(xì)繩的方向 2 兩個彈簧測力計(jì)的讀數(shù)分別為2 50N和4 00N 3 如圖所示 根據(jù)所作的圖示可得到的結(jié)論是 在誤差允許范圍內(nèi) 合力與分力是等效替代的關(guān)系 且互成角度的兩個力合成時遵循平行四邊形定則 4 不能用一個量程為5N的彈簧測力計(jì)測出它們的合力 因?yàn)檫@兩個力的合力會大于5N 超過彈簧測力計(jì)的量程 1 探究求合力的方法 的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示 1 某次實(shí)驗(yàn)中 彈簧測力計(jì)的指針位置如圖甲所示 其中 細(xì)繩CO對O點(diǎn)的拉力大小為N 2 請將圖甲中細(xì)繩CO和BO對O點(diǎn)兩拉力的合力F合畫在圖乙上 由圖求出合力的大小F合 保留兩位有效數(shù)字 N 3 某同學(xué)對彈簧測力計(jì)中彈簧的勁度系數(shù)是多少很感興趣 于是 他將刻度尺與彈簧測力計(jì)平行放置 如圖丙所示 利用讀得的數(shù)據(jù) 他得出了彈簧的勁度系數(shù) 那么 該彈簧的勁度系數(shù)k 保留兩位有效數(shù)字 N m 2 小明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則 1 實(shí)驗(yàn)記錄紙如圖所示 O點(diǎn)為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置 兩彈簧測力計(jì)共同作用時 拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點(diǎn) 一個彈簧測力計(jì)拉橡皮筋時 拉力F3的方向過P3點(diǎn) 三個力的大小分別為 F1 3 30N F2 3 85N和F3 4 25N 請根據(jù)圖中給出的標(biāo)度作圖求出F1和F2的合力 2 仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn) 小明懷疑實(shí)驗(yàn)中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 他用彈簧測力計(jì)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(jìn)一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 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(diǎn) 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(shí)驗(yàn)記錄的軌跡如圖S3 5所示 過O點(diǎn)作一條直線與軌跡交于a b兩點(diǎn) 則實(shí)驗(yàn)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 3 根據(jù) 2 中的實(shí)驗(yàn) 可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有 填選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)探究 請對驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)提出兩點(diǎn)注意事項(xiàng) 3 在 探究求合力的方法 實(shí)驗(yàn)中 現(xiàn)有木板 白紙 圖釘 橡皮條 細(xì)繩套和一只彈簧測力計(jì) 1 為完成實(shí)驗(yàn) 某同學(xué)另找來一根彈簧 先測量其勁度系數(shù) 得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表 請?jiān)趫DS3 8中畫出圖像 并求得該彈簧的勁度系數(shù)k N m 2 某次實(shí)驗(yàn)中 彈簧測力計(jì)的指針位置如圖所示 其讀數(shù)為N 同時利用 1 中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2 50N 請畫出這兩個共點(diǎn)力的合力F合的圖示 3 由圖得到F合 N 4 某次實(shí)驗(yàn)中甲 乙兩位同學(xué)得到的結(jié)果如圖所示 其中同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) 力F 是用一只彈簧測力計(jì)拉橡皮條時拉力的圖示 5 在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中 造成誤差的主要原因是 至少寫出兩種情況 4 在 驗(yàn)證力的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)中 1 部分實(shí)驗(yàn)步驟如下 請完成有關(guān)內(nèi)容 A 將一根橡皮條的一端固定在貼有白紙的豎直平整木板上 另一端綁上兩根細(xì)線 B 在其中一根細(xì)線上掛上5個質(zhì)量相等的鉤碼 使橡皮條拉伸 如圖甲所示 記錄