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实验验证力的平行四边形定则抓主干课前新知预习破疑难课堂要点探究研考向典型例题精析提素能实验专项专练一、实验目的验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．二、实验原理结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1与F2的合力必与橡皮条的拉力平衡；改用一个拉力F′，使结点仍到原位置O点，则F′必与F1、F2的合力等效，以F1、F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，以验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．三、实验器材方木板、白纸、图钉若干、橡皮条一段、细绳套(两个)、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔.一、实验步骤1．钉白纸：用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上．2．拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两条细绳套拴在橡皮条的另一端．3．两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所示)．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数．4．求合力：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根椐平行四边形定则求出合力F.5．一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的方向．6．作图示：按同样的比例用刻度尺从O点起作出这个弹簧测力计的拉力F′的图示．7．相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等．8．再重复：改变两个分力F1和F2的大小和夹角．再重复实验两次，比较每次的F与F′在实验误差允许的范围内是否相等．二、数据处理要注意读数时眼睛正视刻度，以减小读数的误差，作图时要合理选取坐标系的标度，并严格尺度规范作图．三、误差分析产生原因减小方法偶然误差读数误差作图误差读数时眼睛要正视刻度线作图时严格尺度规范作图系统误差弹簧测力计本身的误差调零、两弹簧测力计对拉读数相等四、注意事项1．选用弹簧测力计时，把两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若读数相同则可选．2．用弹簧测力计测拉力时，应使拉力沿弹簧测力计的轴线方向，橡皮条、弹簧测力计和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内．3．同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变．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作直线，应在细绳套的末端画一个点，去掉细绳套后将所画的点与O点相连作为力的方向．5．同一次实验中标度应该相同，要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．尽量使图画得稍大些．五、实验改进三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一小重物．结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后以结点O为起点作出各力的图示，以两边为邻边作平行四边形，如果在实验误差允许范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证．为测量各力的大小需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O点的位置.[典例1](1)在“探究合力与分力的关系”的实验中，需要两次拉伸橡皮条：一次是通过细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条，关于这两次拉伸，下列说法中正确的是________．A．只要求将橡皮条拉到相同的长度B．要求两个弹簧的成角相同C．将弹簧秤拉到相同的刻度D．将橡皮条和细绳的结点拉到相同的位置(2)用两只弹簧分别钩住细绳套，互成一定角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O点静止．①此时必须记录的是(用表示序号的字母代替)________．A．橡皮条的原长B．橡皮条的伸长长度C．橡皮条固定端位置D．O点的位置E．橡皮条伸长的方向F．两条细绳间的夹角G．两条细绳的方向H．两弹簧秤读数②某同学的实验结果如右上图．图中________是力F1与F2合力的实验值．通过把F和F′进行比较来验证平行四边形定则．[思路点拨]明确实验原理是规范实验操作和减小实验误差的前提．[规范解答](1)两个力拉橡皮条的效果和一个力拉橡皮条的效果相同是通过将橡皮条和细绳的结点拉到相同位置来体现的，故A、B、C错，D对．(2)①两次拉伸橡皮条要效果相同，必须使结点到达同一位置O点，必须记录O点位置；作力的图示，需要两拉力的大小和方向，因而要记录两弹簧秤读数和两细绳方向；故记录D、G、H.②以F1、F2为邻边所作平行四边形的对角线F是理论值，在验证前并不认为它就是合力．F′是实际的合力，由于F′起到的效果与F1、F2共同作用的效果相同，所以叫做F1、F2的合力的实验值．[答案](1)D(2)D、G、HF′对实验步骤的掌握要抓住两点：(1)平时养成规范步骤做实验的习惯，并亲自动手去做．(2)对各步骤的设置不要只识记，要领会每一步设计的原因是什么，用心去领会实验过程的要领．[典例2]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5N、分度值为0.1N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．这时弹簧测力计的示数可从图中读出．(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N(只需读到0.1N)．(2)在方格纸(如图)上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．[思路点拨]读数时要注意有效数字，作图时使图象尽量布满坐标纸．[规范解答](1)弹簧测力计的分度值为0.1N，因此，竖直向下弹簧测力计读数为2.5N，水平向右的弹簧测力计的读数为4.0N.(2)选方格纸中一个小方格的边长表示0.5N，求出的合力如图所示．[答案](1)4.02.5(2)见规范解答1．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力的作用效果相同，这里作用效果是指()A．弹簧测力计的弹簧被拉长B．固定橡皮条的图钉受拉力产生形变C．细绳套受拉力产生形变D．使橡皮条在同一方向上伸长到同一长度解析：合力与分力之间是等效替代关系，所以在实验中的作用效果相同是指橡皮条的伸长量相同且伸长到同一位置．故D正确．答案：D2.在“探究求合力的方法”的实验中，需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，细绳的另一端都有绳套(如图)．实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.某同学在做该实验时看法如下，正确的是()A．分别用一根绳拉和两根绳同时拉橡皮条应让结点到达同一位置OB．拉橡皮条时，弹簧秤、橡皮条、细绳应贴近木板且与木板平面平行C．拉橡皮条的绳细一些且长一些，实验的误差会减小D．拉力F1和F2的夹角越大越好解析：结点到达同一位置O是保证两次拉伸橡皮条作用效果相同，A对；实验过程中注意保持弹簧秤与木板平行就可以保证合力与F1和F2在同一平面内，故选项B是正确的．拉橡皮条的绳细一些且长一些，标记方向准确，实验的误差会减小，故C对；拉力F1和F2的夹角越大，分力越大，会导致弹簧秤超量程测不出拉力大小，故D错．答案：ABC3．在做《验证力的平行四边形定则》实验时，所需的器材除了木板、白纸、细线、刻度尺和图钉外，还应有的器材是()A．天平B．橡皮条C．打点计时器D．弹簧秤解析：还需要橡皮条和弹簧秤．答案：BD4．在“互成角度的两个共点力的合成”的实验中：有位同学把橡皮筋的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮筋的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是()A．同一次实验过程中，O点位置允许变动B．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度C．橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上D．实验中，把橡皮筋的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间夹角取90°，以便算出合力大小解析：实验中两个分力与合力的作用效果通过结点O的位置体现，因此O点的位置不能变动，A错；弹簧测力计应与木板平行，使读数与绳的作用力相等，读数时视线正对刻度线以减小读数误差，B正确；两力合成时其合力不一定在两力的角平分线上，不必让橡皮筋与两绳夹角的平分线在同一直线上，C错；两力的合力应用平行四边形定则求解，两力成的任意夹角都适用，不一定成90°，D错；选A、C、D.答案：ACD5.做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板的A点，橡皮条的另一端拴上两细绳套，如图所示，两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度拉橡皮条使之伸长，到达某一位置O时需记下________、________，描下________，再用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条拉长，使结点到达位置________，再记下________．解析：因验证力的平行四边形定则需根据力的大小和方向做平行四边形，所以必须记录力的大小和方向，为保证合力和分力的效果相同，两次必须使结点到达同一位置．答案：两弹簧测力计的读数两细绳的方向结点位置OO点弹簧测力计的读数和细绳的方向6．完成《验证力的平行四边形定则》实验步骤如下，请将正确的排列顺序写在横线上________．A．只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的节点拉到同样位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳方向OC，按同样比例作出力F′的图示B．做F1和F2的合力F，比较F和F′C．记下两弹簧测力计的读数F1、F2，以及两绳的方向OA、OBD．把橡皮条的一端固定在板上的P点，将两个细绳套系在橡皮条的另一端E．从O点沿两绳的方向按比例作两分力F1、F2的图示F．用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮伸长，节点到达某一位置O答案：DFCEAB7．如果实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．那么，图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是________．解析：由题设可知，F为F1和F2的理论合力，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，因此F′的方向与细绳在同一直线上．答案：F′8.在做“验证力的平行四边形定则”实验中，若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏，如图所示，但F大于等于F′，引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏________，F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏________．解析：作平行四边形合成图如图所示，F1的真实值为F10.合力的真实值为F′，F1为测量值，由图可知，F1的大小比真实值偏大，F1的方向使它与F2的方向夹角比真实值偏大，大于α0.答案：大大