验证力的平行四边形定则》.ppt

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1、学案学案5 实验三：验证力的平行四边形定则实验三：验证力的平行四边形定则 一、实验目的一、实验目的 1.验证力的平行四边形定则。验证力的平行四边形定则。2.掌握弹簧秤的构造、调节方法和使用方法。掌握弹簧秤的构造、调节方法和使用方法。二、实验原理二、实验原理 如果两个互成角度的共点力如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮筋的结点作用于橡皮筋的结点上，与只用一个力上，与只用一个力F 作用于橡皮筋的结点上所产生的效果相作用于橡皮筋的结点上所产生的效果相同同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度橡皮条在相同方向上伸长相同的长度)，那么，那么，F 就是就是F1和和F2的合力。根据平行四边形定则作出两共

2、点力的合力。根据平行四边形定则作出两共点力F1和和F2的合的合力力F的图示，应与的图示，应与F 等大同向。等大同向。三、实验器材三、实验器材 方木板一块、白纸、弹簧秤方木板一块、白纸、弹簧秤(两只两只)、橡皮条、细绳套、橡皮条、细绳套(两两个个)、三角板、刻度尺、图钉、三角板、刻度尺、图钉(几个几个)。3.用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。(如图如图2-5-1所示，位置所示，位置O须处于纸面以内须处于纸面以内)四、实验步骤四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在方木板上。用图

3、钉把白纸钉在方木板上。2.把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一把方木板平放在桌面上，用图钉把橡皮条的一端固定在端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(固固定点定点A在纸面外在纸面外)图图2-5-1 4.用铅笔描下用铅笔描下O的位置和两细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。的位置和两细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。5.从力的作用点从力的作用点(位置位置O)沿着两细绳套的方向画直线，按选定的标沿着两细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力度作出这两只弹簧秤的拉力F1和和F2的图示，并用平行四边形定则作出的图示，并用平行四边形定则作出合力合力F

4、的图示。的图示。6.只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。用刻度尺从记下弹簧秤的读数和细绳的方向。用刻度尺从O点按同样标度沿记录的点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力方向作出这只弹簧秤的拉力F 的图示。的图示。7.比较力比较力F 的图示与合力的图示与合力F的图示，看两者是否等长、同向。的图示，看两者是否等长、同向。8.改变两个力改变两个力F1和和F2的大小和夹角，再重复实验两次。的大小和夹角，再重复实验两次。五、注意事项五、注意事项 1.不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳再连两细绳

5、套，以不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳再连两细绳套，以三绳交点为结点，使结点小些，便于准确地记录结点三绳交点为结点，使结点小些，便于准确地记录结点O的位置。的位置。2.不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。3.弹簧秤在使用前应水平放置，然后检查、校正零点。将两弹簧秤弹簧秤在使用前应水平放置，然后检查、校正零点。将两弹簧秤互相勾着水平拉伸，选择两只读数完全一致的弹簧秤使用。互相勾着水平拉伸，选择两只读数完全一

6、致的弹簧秤使用。4.在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。的位置一定要相同。5.用两只弹簧秤钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大，用两只弹簧秤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，以也不宜太小，以60 100 之间为宜。之间为宜。6.读数时应注意使弹簧秤与木板平行，并使细绳套与弹簧秤的轴线读数时应注意使弹簧秤与木板平行，并使细绳套与弹簧秤的轴线在同一条直线上，避免弹簧秤的外壳与弹簧秤的限位孔之间有摩擦。读在同一条直线上，避免弹簧秤的外壳与弹簧秤的限位孔之间有摩擦。读数时眼睛要正视弹簧秤的刻度，在合力不超出量程及在橡皮

7、条弹性限度数时眼睛要正视弹簧秤的刻度，在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度范围内的前提下，拉力的数值应尽量大些。范围内的前提下，拉力的数值应尽量大些。7.细绳套应适当长一些，便于确定力的方向，不要直接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，沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与取掉细绳套后，再将所标点与O点连直线确定力的方向。点连直线确定力的方向。8.在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。并且要恰当选取

8、标度，使所作力的图示稍大一些。六、误差分析六、误差分析 本实验的误差主要来自以下五个方面：本实验的误差主要来自以下五个方面：1.用描点法记录的拉力方向不够准确；用描点法记录的拉力方向不够准确；2.所作平行四边形的对边不严格平行；所作平行四边形的对边不严格平行；3.拉橡皮条时，没有做到橡皮条及两细绳套平行于木板，拉橡皮条时，没有做到橡皮条及两细绳套平行于木板，使在纸上所描下的拉力方向并不是拉力的真实方向；使在纸上所描下的拉力方向并不是拉力的真实方向；4.没有校准弹簧秤的零点，两只弹簧秤的刻度不准确；没有校准弹簧秤的零点，两只弹簧秤的刻度不准确；5.弹簧的拉杆与限位孔有摩擦，使弹簧秤读数并不能真弹

9、簧的拉杆与限位孔有摩擦，使弹簧秤读数并不能真实地表示细绳中拉力的大小。实地表示细绳中拉力的大小。弹簧秤的选取方法是：弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤将两只弹簧秤 调零后，互勾水平对拉，若两只弹簧秤调零后，互勾水平对拉，若两只弹簧秤 在对拉的过程中，读数相同，则可选用，在对拉的过程中，读数相同，则可选用，若读数不同，应另换，直到相同为止。若读数不同，应另换，直到相同为止。弹簧秤不能弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用。在超出它的测量范围的情况下使用。使用前要检查使用前要检查指针是否指在零刻度线，否则应校正零位。指针是否指在零刻度线，否则应校正零位。读数时读数时应正对、平视刻度。应正对、平视刻

10、度。【例例1】某同学做某同学做“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：实验时，主要步骤是：A.在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木在桌面上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木 板上。板上。B.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的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，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。细绳的另一端系着绳套。C.用两个弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结用两个弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结 点到达某一位置点

11、到达某一位置O。记录下。记录下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数。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和和F2的图示，的图示，并用平行四边形定则求出合力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，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F 的图示。的图示。F.比较比较F 和和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论。的大

12、小和方向，看它们是否相同，得出结论。上述步骤中上述步骤中:(1)有重要遗漏的步骤的序号是有重要遗漏的步骤的序号是_和和_；(2)遗漏的内容分别是遗漏的内容分别是 _和和_。据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是有重要遗漏的步骤的序号是C、E。在。在C中未记下两条细绳的中未记下两条细绳的方向。方向。E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O。CE记下两条绳的方向记下两条绳的方向把橡皮条的结点拉到同一位置把橡皮条的结点拉到同一位置O【例例2】在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木

13、板上，另一端在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端 系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细 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。皮条。(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法正确的是实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法正确的是_(填字母填字母 代号代号)。A.将橡皮条拉伸相同长度即可将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度将橡皮条沿相同方向拉

14、到相同长度 C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 (2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是_ (填字母代号填字母代号)。A.两细绳必须等长两细绳必须等长 B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D.拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远

15、些 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求是两次拉伸橡皮条的作用效果实验对两次拉伸橡皮条的要求是两次拉伸橡皮条的作用效果要相同，故选项要相同，故选项B、D正确。正确。(2)要减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都必须与木板平行。用两弹要减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都必须与木板平行。用两弹簧秤同时拉细绳时，弹簧秤的示数之差适当大些即可，拉橡皮条的细绳要长簧秤同时拉细绳时，弹簧秤的示数之差适当大些即可，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故些，标记同一细绳方向的两点要远些，故B、D正确。正确。BDBD1.在在“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的实验中

16、，需要将橡皮条的一一 端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳(如图如图2-5-2所所 示示)。实验中需用两个弹簧秤分别钩住绳套，并互成角度地。实验中需用两个弹簧秤分别钩住绳套，并互成角度地 拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A.两根细绳必须等长两根细绳必须等长 B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同橡皮条应与两绳夹角的平分线在同 一直线上一直线上 C.在使用弹簧秤时，要注意使弹簧秤在使用弹簧秤时，要注意使弹簧秤 与木板平行与木板平行 其中正确的是其中正确的是_。(填入相应的填入相应的 字母字母)C图

17、图2-5-22.做做“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木的实验，在水平放置的木板板 上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板的上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板的A点，橡皮条点，橡皮条 的另一端拴上两细绳套，如图的另一端拴上两细绳套，如图2-5-3所示，两个弹簧测力计所示，两个弹簧测力计 分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使之伸长，到达某分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使之伸长，到达某 一位置一位置O时需记下时需记下_、_，描下，描下_，再，再 用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条 拉长，使结点到达位置拉长，使结点到达位置_，再

18、记下，再记下 _。弹簧测力计的读数和细绳的方向弹簧测力计的读数和细绳的方向两弹簧测力计的读数两弹簧测力计的读数两细绳的方向两细绳的方向O结点位置结点位置O图图2-5-31.某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循遵循 胡克定律胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉 子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子子，设计了如下实验：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，结点为上，另一端

19、与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端，将第三条橡皮筋的另一端 通过细绳挂一重物，如图通过细绳挂一重物，如图2-5-4所示。所示。(1)为完成该实验，下述操作中必需的是为完成该实验，下述操作中必需的是_。a.测量细绳的长度测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点记录悬挂重物后结点O的位置的位置 (2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次 验证，可采用的方法是验证，可采用的方法是_。图图2-5-4bcd更换不同的小重物更换不同的小重物2.某同

20、学用如图某同学用如图2-5-5所示的实验装置来验证所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则力的平行四边形定则”。弹簧测力计弹簧测力计A挂于固定点挂于固定点P，下端用细线挂一重物，下端用细线挂一重物M。弹簧测力计。弹簧测力计B 的一端用细线系于的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置。静止在某位置。分别读出弹簧测力计分别读出弹簧测力计A和和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录 O点的位置和拉线的方向。点的位置和拉线的方向。(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中，图中A的示

21、数为的示数为_N。(2)下列不必要的实验要求是下列不必要的实验要求是_。(请填写选项前对应的字母请填写选项前对应的字母)A.应测量重物应测量重物M所受的重力所受的重力 B.弹簧测力计应在使用前校零弹簧测力计应在使用前校零 C.拉线方向应与木板平面平行拉线方向应与木板平面平行 D.改变拉力，进行多次实验，每次都改变拉力，进行多次实验，每次都 要使要使O点静止在同一位置点静止在同一位置 (3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计某次实验中，该同学发现弹簧测力计 A的指针稍稍超出量程，请您提出两的指针稍稍超出量程，请您提出两 个解决办法。个解决办法。图图2-5-53.6D改变弹簧测力计改变弹簧测力计B拉

22、力的大小；拉力的大小；减小重物减小重物M的质量的质量3.李明同学在做李明同学在做“验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的的 结点位置结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图2-5-6所示。所示。(1)试在图甲所示中作出无实验误差情况下试在图甲所示中作出无实验误差情况下F1和和F2的合力图示，并用的合力图示，并用F表示此力。表示此力。(2)有关此实验，下列叙述正确的是有关此实验，下列叙述正确的是_。A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋 的拉力大的拉力

23、大 B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的 拉力是分力拉力是分力 C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到 同一位置同一位置O。这样做的目的是保证两次。这样做的目的是保证两次 弹簧测力计拉力的效果相同弹簧测力计拉力的效果相同 D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只 需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可 (3)图乙所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实图乙所示是李明和张华两位同学

24、在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实 验比较符合实验事实验比较符合实验事实?(力力F 是用一只弹簧测力计拉时的图示是用一只弹簧测力计拉时的图示)答答:_ (4)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是(至至 少写出两种情况少写出两种情况)答答:_ _。图图2-5-6AC张华做的符合实验事实张华做的符合实验事实F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左。作图时两虚线分的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左。作图时两虚线分别与别与F1线和线和F2线不严格平行。线不严格平行。4.在在“验证力的平行四边形定则验证

25、力的平行四边形定则”的实验中，不用弹簧测力计，只用三的实验中，不用弹簧测力计，只用三根根 相同的橡皮条、四个图钉、直尺、铅笔、三张白纸、平木板就可以验相同的橡皮条、四个图钉、直尺、铅笔、三张白纸、平木板就可以验 证力的平行四边形定则，请叙述实验步骤和方法。证力的平行四边形定则，请叙述实验步骤和方法。其步骤和方法如下：其步骤和方法如下：(1)将三根橡皮条的一端拴在同一个图钉将三根橡皮条的一端拴在同一个图钉O上，将这三根橡皮条的另上，将这三根橡皮条的另一端分别再拴一个图钉一端分别再拴一个图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在平木板，注意此时四个图钉均未固定在平木板上；上；(2)用刻度尺测出橡皮

26、条的自由长度用刻度尺测出橡皮条的自由长度l0(保持三根橡皮条的保持三根橡皮条的l0相同相同)，注意从钉脚测起；注意从钉脚测起；(3)将拴有橡皮条的图钉将拴有橡皮条的图钉A、B适当分开钉在木板上，拉第三根橡皮适当分开钉在木板上，拉第三根橡皮条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉O静止时，钉下静止时，钉下C图图钉，并记录图钉钉，并记录图钉O、A、B、C的位置；的位置；(4)测出这三根橡皮条的长度测出这三根橡皮条的长度l1、l2、l3，分别算出它们的伸长量，分别算出它们的伸长量x1=l1-l0，x2=l2-l0，x3=l3-l0；(5)将将x1、x2、x3按一定比例用图示表示出来，按一定比例用图示表示出来，以以x1、x2为邻边作平行四边形，求出其对角线为邻边作平行四边形，求出其对角线OC ，比较比较OC 与与x3的长度，若两者长度相等，且在一条的长度，若两者长度相等，且在一条直线上，则达到了目的，若直线上，则达到了目的，若OC 与与OC有一微小夹有一微小夹角角，则有误差，则有误差(如图所示如图所示)。