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高考物理实验三验证力的平行四边形定则理论指导

高考物理一轮复习 实验三 验证力的平行四边形定则 (1)掌握弹簧测力计的正确使用方法。 (2)验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。 使一个力 F′和两个力 F1、F2 都让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点,即它们的作用 效果相同,所以一个力 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′的大小和方向是否都相同。 方木板,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)、铅笔。 (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。 图实-3-1 (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,使橡皮条与绳的结点伸 长到某一位置 O,如图实-3-1 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的结点拉到同样的位置 O,记下弹簧测力 计的读数和细绳的方向。 (5)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。 (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作出这只弹簧测力计的拉力 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。 (1)使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要设 法调整指针,使之指在零刻度处。再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如 果两个示数相同方可使用。 (2)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画直线,应在 细绳套末端用铅笔画一个点,去掉细绳套后,再将所标点与 O 点连接,即可确定力的方向。 (3)用两只弹簧测力计钩住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°之间为宜。 (4)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同。 (5)在用力拉弹簧测力计时, 拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。 弹簧测力计中弹簧轴线、 橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力 计或橡皮条与纸面有摩擦。 (6)在同一实验中,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。 1.读数误差 弹簧测力计数据在允许的情况下,尽量大一些,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字 正确读数和记录。 2.作图误差 (1)结点 O 的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确,造成作图误差。 (2)两个分力的起始夹角 α 太大,如大于 120°,再重复做两次实验,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,因而弹簧测力计示数变化不显著,读数误 差较大,导致作图产生较大误差。 (3)作图比例不恰当、不准确等造成作图误差。 本实验用一个弹簧测力计也可以完成,具体操作如下: (1)把两条细绳套中的一条细绳套与弹簧测力计连接,另一条细绳套用手直接抓住,然 后同时拉这两条细绳套,使结点至 O 点,记下两条细绳套的方向和弹簧测力计的示数 F1。 (2)放回橡皮条后,将弹簧测力计连接到另一细绳套上,用手再同时拉这两条细绳套, 使结点至 O 点,并使两条细绳套位于记录下来的方向上,读出弹簧测力计的示数 F2。 其他步骤与提供两只弹簧测力计相同。 实验原理与操作 [例 1] (2012·长沙模拟)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图实 -3-2 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 OC 为细绳。 图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 图实-3-2 (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 C.控制变量法 (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; 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,记 下细绳的方向,按同一标度作出这个 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________________________。 [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,故 B 正确。 B.等效替代法 D.建立物理模型法 (3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序 号是 C、E。 ②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] F′ (2)B (3)①C E ②C 中应加上“记下两条细绳的方向” E 中应说明 “

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