1、第 13 课时 验证力的平行四边形定则(实验提能课)一、实验目的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学会用作图法处理实验数据和得出实验结论。二、实验原理理清实验要点 等效思想：使一个力 F的作用效果和两个力 F1 和 F2 的作用效果相同，都是使同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点 O，即伸长量相同，所以 F为 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、F在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉、铅笔。四、实验步
2、骤1仪器安装(1)如实验原理图所示，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。2测量与记录(1)用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置 O，记录两弹簧测力计的读数 F1、F2，用铅笔描下 O 点的位置及此时两细绳的方向。(2)只用一个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。(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。五、数据处理1用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳方向画直线，按选定的标度绘出这两个弹簧测力计的拉力
3、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。2用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向绘出实验步骤中只用一个弹簧测力计的拉力 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、误差分析1读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在条件允许的情况下，尽量大一些。读数时眼睛一定要平视，要按有效数字的读数规则正确地读数和记录。2作图误差减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行，两个分力 F1、F2 间的夹角越大，用平行四边形绘出的合力 F 的误差 F 就越大，所以实验中
4、不要把 F1、F2 间的夹角取得太大。七、注意事项1位置不变在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。2角度合适用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以 60100之间为宜。3尽量减少误差(1)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内，形变应尽量大一些。(2)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。4统一标度在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。考点(一)实验原理与操作抓牢常规考点例 1 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中 A 为固定橡皮条的图钉，O 为橡皮条与细绳的结点，OB 与
5、 OC 为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。(1)如果没有操作失误，图乙中的 F 与 F两力中，方向一定沿 AO 方向的是_。(2)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(3)实验时，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板上的 A 点，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用两个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 F1 和 F2；D按选好的标度，用铅笔和刻度尺绘出
6、两个弹簧测力计的拉力 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 F，记下细绳的方向，按同一标度绘出 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：有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和_。解析(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至 O 点的拉力一定沿AO 方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿 AO 方向，故一定沿 AO 方向的是 F。(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，B 正确。(3)根据“验证力的平行四边
7、形定则”实验的操作步骤可知，有重要遗漏的步骤的序号是 C、E。在 C 中未记下两条细绳的方向，E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置 O。答案(1)F (2)B(3)C E C 中应加上“记下两条细绳的方向”E 中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置 O”实验分“探究型实验”和“验证型实验”两种，比如可以两分力为邻边，以合力为对角线画出四边形，分析此四边形是否是平行四边形，即可验证平行四边形定则。考点(二)数据处理与误差分析例 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 5 N、最小刻度为 0.1 N 的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮
8、筋的活动端拉到O 点时，两根细绳相互垂直，如图甲所示。这时弹簧测力计的读数可从图中读出。(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_ N 和_ N。(2)在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。(3)图丙中 a、b 两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值 F是准确的,则 F 与 F有误差的原因可能有哪些？解析(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1 N，读数时应估读一位，所以读数分别为2.50 N 和 4.00 N。(2)取一个小方格的边长表示 0.50 N，作出两个力及它们的合力如图所示。(3)F是用一个测力计拉橡皮筋所得到的，其方向一定在橡皮
9、筋所在直线上，所以 b 图符合实际。产生误差的原因主要是弹簧测力计读数偏差，确定分力方向不够准确等。答案(1)2.50 4.00(或 4.00 2.50)(2)见解析图(3)b 图 误差原因见解析实验题目也要尊重客观事实，比如本题第(3)问，F 是利用平行四边形定则作图得到的合力，F是使用一个弹簧测力计时的测量值，F 的大小和方向有一定的误差，但是F的方向一定沿着细绳。突破创新考点实验原理 的迁移 利用三力平衡的结论，一个力与另外两个力的合力等大反向，验证这个力与另外两个力的关系。实验器材的改进例 3(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：将弹簧秤固定在贴有白纸
10、的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向。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 0.50 N，测出所对应的 l，部分数据如下表所示：F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05找出中 F2.50 N 时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为 FO O。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
11、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)利用表中数据在坐标纸上画出 F-l 图线，根据图线求得 l0_cm。(2)测得 OA6.00 cm，OB7.60 cm，则 FOA 的大小为_N。(3)根据给出的标度，在下图中绘出 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)在坐标系中描点，用平滑的曲线(直线)将各点连接起来，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧。如图甲所示，由图线可知与横轴的交点 l010.0 cm
12、。(2)橡皮筋的长度 lOAOB13.60 cm，由图甲可得 F1.80 N，所以 FOAFOBF1.80 N。(3)利用给出的标度绘出 FOA 和 FOB 的图示，然后以 FOA 和 FOB 为邻边的平行四边形，对角线即为合力 F，如图乙。(4)FO O的作用效果和 FOA、FOB 两个力的作用效果相同，F是 FOA、FOB 两个力的合力，所以只要比较 F和 FO O的大小和方向，即可得出实验结论。答案(1)见解析图甲 10.0(9.8、9.9、10.1 均正确)(2)1.80(1.701.90 均正确)(3)见解析图乙(4)FO O本题综合了“探究弹力和弹簧伸长的关系”“验证力的平行四边形
13、定则”两个实验，难度较大，解决这类创新实验题目就要锻炼灵活迁移和连贯应用的思维能力。创新演练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，将绳子打一个结点 O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力 F1、F2 和 F3，回答下列问题：(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是()A钩码的个数 N1N22，N34B钩码的个数 N1N33，N24C钩码的个数 N1N2N34D钩码的个数 N13，N24，N35(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是()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用天平测出钩码的质量(3)在作图时，你认为下图中_是正确的。(填“甲”或“乙”)解析：(1)实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1F2|F3F1F2，因此 B、C、D 选项是可以的。(2)A(3)甲 实验中 F3 是竖直向下的。答案：(1)BCD(2)A(3)甲阶段综合评估点击此处
