3.4.2 实验:验证平行四边形 导学案-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019)必修第一册

组题人：杨密花 核对人：杨密花 学案 §3.4.2力的平行四边形定则实验 一、实验目的 (1)会使用弹簧测力计。 (2)验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。 二、实验原理： 此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果（即一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点），看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许的范围内相等，就验证了力的平行四边形定则。如图所示。 二、实验器材： 方木板一个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉（若干），三角板刻度尺，铅笔,弹簧秤两个。 三、实验步骤：A O 1. 用图钉把一张白纸定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板上的A点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端。 3. 用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度的拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O，如图所示。 4. 用铅笔描下结点的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示。利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。 5. 只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。按同样的比例尺用刻度尺从O点起做出这个弹簧的拉力Fˊ图示。 6. 比较Fˊ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相等。 四、注意事项： 1.实验时，弹簧秤必须保持与木板平行.测量前应首先检查弹簧秤的零点是否准确,注意使用中不要超过其弹性限度,弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位.弹簧秤的指针,拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生摩擦. 2.在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过其弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差. 3.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要太大而画出纸外,要严格按力的图示要求和几何作图法作图. 4.在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O位置一定要相同. 5.由作图法得到的F和实验测量得到的F′不可能完全符合,但在误差允许范围内可认为是F和F′符合即可. 五、误差来源及分析 (1)弹簧测力计本身不够准确造成系统误差。 (2)弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差。 因此，首先应检查弹簧秤的零刻线是否准确．在实验中拉细绳时必须保持弹簧秤与板面平行，读数时眼睛一定要正对刻线，按有效数字记录示数，作图时要准确，两个分力F1、F2间夹角θ不能太大或太小，要按实验的要求进行操作、读数、作图，即使存在误差，也是正常的，不能用数据拼凑使实验非常完美，也不能只用特殊角度而不管其一般性. 6、 典型例题 1．小刚同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图所示，木板上铺着白纸，为悬挂测力计甲的钉子，固定在铺着白纸的木板上，为三个细线套、共系于一处的结点，细线套下拴接着一个重物，三个细线套与木板平行且处于竖直平面内，用手通过测力计乙拉动细线套，使整个系统处于静止状态。 （1）实验中必要的两项是 。 A．测力计乙必须保持水平        B．需要测量重物的重力 C．重复多次做实验时，结点必须在木板的同一位置         D．测力计需要在实验前进行校零 （2）实验时要读出测力计甲、乙的示数，某次实验中测力计的读数如图中所示，测力计甲的读数为 ，测力计乙的读数为 。 （3）读完测力计的示数，还要在白纸上记录点的位置和三个细线套的 。 2．某学习小组用如甲图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”。将平整的木板固定在实验桌的水平面上，一张白纸用四个图钉平整地固定在木板上，将橡皮筋的一端固定在木板的A处，O是橡皮筋另一端与细绳的结点，OB、OC为细绳。 （1）下列说法正确的是 。 A．记录拉力方向时用铅笔贴着细线画直线表示 B．测量时，弹簧秤外壳与木板之间的摩擦对实验没有影响 C．测量时，橡皮筋应与两细线夹角的平分线在同一直线上 D．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应靠近木板且与木板面平行 （2）在（1）实验中，、表示两个互成角度的力，F表示利用平行四边形定则做出的与的合力；表示用一个弹簧秤拉橡皮筋时的力，则乙图中符合实验事实的是 。 （3）在另一小组研究两个共点力合成的实验中，两个分力的夹角为θ，合力为F，F与θ的关系图像如丙图所示。已知这两个分力大小不变，则任意改变这两个分力的夹角，能得到的合力大小的最大值为 。 3．某同学为了验证“力的平行四边形定则”，选用了质量为的纯牛奶和以下器材：轻绳若干、的钩码若干、白纸、木板、两个光滑的定滑轮。如图1所示，当系