课标版2025版高考物理总复习第二章力的相互作用实验三验证力的平行四边形定则教案

PAGEPAGE12试验三验证力的平行四边形定则一、试验目的1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则。2.培育应用作图法处理试验数据和得出结论的实力。二、试验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F'产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F'在试验误差允许范围内是否相等。三、试验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两只、三角板、刻度尺、铅笔。四、试验步骤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,使橡皮条与细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与细绳套的结点拉到同样的位置O,登记弹簧测力计的读数和细绳套的方向。5.变更两弹簧测力计拉力的大小和方向,再做两次试验。五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从O点沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力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,此对角线即合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出试验步骤4中弹簧测力计的拉力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。六、留意事项1.同一试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对拉,读数相同。2.在同一次试验中,使橡皮条拉长时,结点的位置O肯定要相同。3.用两只弹簧测力计钩住细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.试验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些。5.细绳套应适当长一些,便于确定力的方向。不要干脆沿细绳套的方向画直线,应在细绳套末端用铅笔画一个点,移开细绳套后,再将所标点与O点连接,即可确定力的方向。6.在同一次试验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍长一些。七、误差分析1.弹簧测力计本身的误差。2.读数误差和作图误差。3.弹簧测力计与木板不平行引起的误差。考点一试验原理和试验操作1.某同学做“验证力的平行四边形定则”的试验状况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上依据试验结果画出的图。(1)假如没有操作失误,图乙中的F与F'两力中,方向肯定沿AO方向的是。(2)本试验采纳的科学方法是。A.志向试验法B.等效替代法C.限制变量法D.建立物理模型法(3)试验时,主要的步骤是:A.在桌上放一块方木板,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木板上,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.用两只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O到达某一位置。记录下O的位置,读出两只弹簧测力计的示数;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.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,登记细绳的方向,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。答案(1)F'(2)B(3)①CE②登记两条细绳的方向把橡皮条的结点O拉到同一位置2.在“探究两个互成角度的力的合成规律”的试验中,某同学进行试验的主要步骤是:a.如图甲所示,将橡皮筋的一端固定在木板上的A点,另一端拴上两根绳套,每根绳套分别连着一个弹簧测力计。b.沿着两个方向拉弹簧测力计,将橡皮筋的活动端拉到某一位置,将此位置标记为O点,读取此时弹簧测力计的示数,分别记录两个拉力F1、F2的大小。用笔在两绳套的拉力方向上分别标记a、b两点,并分别将其与O点连接,表示两力的方向。c.再用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点,记录其拉力F的大小并用上述方法记录其方向。(1)试验中确定分力方向时,图甲中的b点标记得不妥,其缘由是。(2)用一个弹簧测力计将橡皮筋的活动端仍拉至O点,这样做的目的是。(3)图乙是在白纸上依据试验数据作出的力的图示,其中是F1和F2合力的实际测量值。(4)试验中的一次测量如图丙所示,两个测力计M、N的拉力方向相互垂直,即α+β=90°。若保持测力计M的读数不变,当角α由图中所示的值渐渐减小时,要使橡皮筋的活动端仍在O点,可采纳的方法是()丙A.增大N的读数,减小β角B.减小N的读数,减小β角C.减小N的读数,增大β角D.增大N的读数,增大β角答案(1)O、b两点太近,误差大(2)与F1、F2共同作用的效果相同(3)F(4)B解析(1)依据标记点和O点确定分力方向时,两点相距远一些,方向确定更精确。(2)本试验中两次力的作用效果相同,即橡皮筋形变量及拉伸方向相同。(3)平行四边形对角线为合力的理论值,所以F是实际值。(4)由图可知B正确。验证力的平行四边形定则试验应留意操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点的位置O),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一留意”(结点的位置必需在同一位置O)等。考点二试验数据处理和误差分析减小误差的方法(1)结点位置①定位O点时要力求精确。②同一次试验中橡皮条拉长后的O点必需保持不变。(2)拉力①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。(3)作图①在同一次试验中,选定的标度要相同。②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力。例1在“验证力的平行四边形定则”试验中,须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,试验中先用两个弹簧测力计分别钩住绳套,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,登记弹簧测力计的读数F'和细绳套的方向,作出三个力的图示,如图乙所示。(1)下列说法正确的是 ()A.试验中两个细绳套应适当长一些,可以减小试验误差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.在同一次试验中,作力F1、F2的图示时,必需选取同样的标度,而作力F'的图示时,可以选取不同的标度D.最终,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)甲同学在做这个试验的时候,两个弹簧测力计的量程都是0~10N,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,发觉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,发觉示数还是8.2N,测量重力的操作都是正确的,假如用这两个弹簧测力计进行试验,对试验结果有影响吗?(填“有”或“没有”)。乙同学试验后才发觉遗忘对这两个弹簧测力计校零,他把两个弹簧测力计平放在试验台上,发觉两个弹簧测力计的示数都是0.3N,乙同学运用的弹簧测力计对试验结果有影响吗?(填“有”或“没有”)。答案(1)AB(2)没有有解析(1)拉橡皮条的细绳套适当长一些,便利画出力的方向,可以减小误差,故A项正确;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项正确;在同一次试验中,作力F1、F2的图示时,必需选取同样的标度,而作力F'的图示时,也必需选取同样的标度,故C项错误;应当是以F1、F2为邻边作出平行四边形,过O点作出平行四边形的对角线,该对角线表示合力,比较合力和F'的关系,故D项错误。(2)用两个校零后的弹簧测力计测量同一个物体的重力发觉示数相等,用这两个弹簧测力计进行试验,拉力和示数之比相等,对试验结果没有影响;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,弹力的大小应等于示数减去0.3N,依据示数作平行四边形时,误差较大,对试验结果有影响。某探究小组做“验证力的平行四边形定则”试验,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;现运用两个测力计同时拉橡皮筋,再次将P端拉至O点。此时视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;图(a)图(b)(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试验所允许的误差范围之内,则该试验验证了力的平行四边形定则。答案(1)4.0(2)(ⅰ)如图所示(ⅱ)4.00.05解析(1)测力计的分度值为0.2N,F的大小为4.0N。(2)(ⅰ)图见答案。分别以F1、F2为邻边作平行四边形,并作出对角线,即得F合。(ⅱ)表示F合的线段的长度为20.0mm,F合=20.0F合与拉力F的夹角的正切值为tanθ≈21-20考点三试验拓展和试验创新考向一试验原理创新(1)通过应用定滑轮,变更拉力的方向。(2)钩码的总重力即对应细绳的拉力大小。例2[2024年1月“八省(市)联考”河北卷]为验证力的平行四边形定则,某同学打算了以下器材:支架,弹簧,直尺,量角器,坐标纸,细线,定滑轮(位置可调)两个,钩码若干。支架带有游标尺和主尺,游标尺(带可滑动的指针)固定在底座上,主尺可升降,如图1所示。试验步骤如下:(1)仪器调零。如图1,将已测量好的劲度系数k为5.00N/m的弹簧悬挂在支架上,在弹簧挂钩上用细线悬挂小钩码做为铅垂线,调整支架竖直。调整主尺高度,使主尺与游标尺的零刻度对齐。滑动指针,对齐挂钩上的O点,固定指针。图1图2图3(2)搭建的试验装置示意图如图2。左侧钩码组质量mA=40g,右侧钩码组质量mB=30g,调整定滑轮位置和支架的主尺高度,使弹簧竖直且让挂钩上O点重新对准指针。试验中保持定滑轮、弹簧和铅垂线共面。此时测得α=36.9°,β=53.1°,由图3可读出游标卡尺示数为9.78cm,由此计算出弹簧拉力的增加量F=0.489N。当地重力加速度g为9.80m/s2。

(3)请将第(2)步中的试验数据用力的图示的方法在图框中作出,用平行四边形定则作出合力F'。参考答案如图所示(4)依次变更两钩码质量,重复以上步骤,比较F'和F的大小和方向,得出结论。试验中铅垂线上小钩码的重力对试验结果(填写“有”或“无”)影响。考向二试验器材创新(1)电子秤代替弹簧测力计,可以干脆读出力的大小。例2参考答案(4)无(最终答案以官方公布为准)解析(2)由图3可知,游标卡尺的读数为9.7cm+0.01×8cm=9.78cm;这就是弹簧长度的增加量,则弹簧拉力的增加量为F=k·Δl=5.00×9.78×10-2N=0.489N。(3)沿OA方向的拉力F1=mAg=40×10-3×9.80N=0.392N,沿0B方向的拉力F2=mBg=30×10-3×9.80N=0.294N,用力的图示在图框中作出F1、F2,用平行四边形定则作出合力F'。(4)求解合力的过程中,求解的是弹簧弹力的变更量,所以小钩码的重力对试验结果没有影响。(2)同一电子秤通过不同方式,可测得三根细线中拉力的大小。例3一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则。(1)如图(a),在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,登记水壶时电子秤的示数F。(2)如图(b),将三根细线L1、L2、L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉A和水壶杯带上。水平拉开细线L1,在白纸上登记结点O的位置、和电子秤的示数F1。(3)如图(c),将另一颗墙钉B钉在与O同一水平位置上,并将L1拴在其上。手握电子秤沿着(2)中L2的方向拉开细线L2,使和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数F2。(4)在白纸上按肯定标度作出电子秤拉力F、F1、F2的图示,依据平行四边形定则作出F1、F2的合力F'的图示,若,则力的平行四边形定则得到验证。答案(1)静止(2)三根细线的方向(3)结点O的位置(4)F和F'在误差允许的范围内重合考向三试验过程创新(1)探究拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。(2)橡皮筋上端固定,下端挂一重物,用水平力两次拉动重物,对应不同的轨迹。例4小明通过试验验证力的平行四边形定则。(1)试验记录纸如图甲所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点;一个弹簧测力计拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30N、F2=3.85N和F3=4.25N。请依据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。甲(2)细致分析试验,小明怀疑试验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变更,影响试验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度,发觉读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的