第三章 实验 验证力的平行四边形定则-【导与练】2023-2024学年高中物理必修第一册同步全程学习全书word（新教材，粤教版）

实验　验证力的平行四边形定则 一、实验目的 1.探究互成角度的力的合成方法. 2.巩固力的图示法. 二、实验原理 1.力F单独作用与F1、F2共同作用的效果相同. 2.用图示法画出拉力F、F1、F2,用作图工具进行检验,拉力F的箭头端与F1、F2的箭头端连接,所围成的图形是平行四边形. 三、实验器材 力的关系探究装置、夹子、橡皮筋、汇力圆环、带钩子的细绳、弹簧测力计、刻度尺、铅笔等. 四、实验步骤 1.在实验桌上平放“力的关系探究装置”,将夹子夹在“力的关系探究装置”的“0”号射线顶端,如图甲所示. 2.如图乙所示,分别将弹簧测力计连接在两根细绳的末端,沿任意两条射线方向拉细绳,夹角要适中,使汇力圆环与平板上的定位圆重合.用铅笔在平板上记下这两个拉力F1、F2的大小和方向. 3.如图丙所示,直接用一个弹簧测力计去拉细绳,同样使汇力圆环与平板上的定位圆重合,用铅笔在平板上记下这个拉力F的大小和方向. 4.选定标度,作出F1、F2、F的图示,观察图丁中三个力所构成的几何图形.(补齐其他边) 5.改变第2步当中两个拉力的大小和方向,重复上述步骤. 6.结论:F和对角线F′在误差允许范围内重合,说明两个力合成时,如果以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向. 一、数据处理 1.分力、合力的图示关系:分别作出各组测量中F1、F2和F的图示,用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接,围成的形状像一个平行四边形,可以推知以F1、F2为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线表示合力. 2.理论值:在平板上分别作出两个弹簧测力计同时拉橡皮筋时拉力F1和F2两力的图示,并以F1、F2的力的图示为邻边作平行四边形,且作所夹对角线,该对角线为合力F′,如图所示. 3.测量值:用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮筋时拉力F的图示. 4.结论:以表示两个共点力F1、F2的有向线段为邻边作出的平行四边形,其两个邻边之间的对角线代表合力的大小和方向. 二、误差分析 项目 产生原因 减小方法 偶然 误差 读数 正视、平视弹簧测力计刻度 作图 (1)两分力夹角在60°～120°之间. (2)弹簧测力计读数尽量大 三、注意事项 1.正确使用弹簧测力计 (1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确,注意使用中不要超过其量程. (2)实验时,弹簧测力计必须保持与平板平行,且拉力应沿轴线方向.弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦. (3)读数时应正视、平视刻度,估读到最小刻度的下一位. 2.规范实验操作 (1)位置不变:在同一次实验中,使橡皮筋拉长时汇力圆环要与定位圆重合. (2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳互成角度地拉橡皮筋时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°～120°之间为宜. (3)减小误差. ①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向. ②应尽量使橡皮筋、弹簧测力计和细绳位于与纸面平行的同一平面内. ③在不超出弹簧测力计量程及在橡皮筋弹性限度内的前提下,测量数据应尽量大一些. ④细绳适当长一些,便于确定力的方向.不要直接沿细绳方向画直线,应在细绳两端画投影点,去掉细绳后,连成直线确定力的方向. (4)记录精准. ①用两个弹簧测力计拉橡皮筋时,记录两弹簧测力计示数、两细绳方向. ②用一个弹簧测力计拉橡皮筋时,记录弹簧测力计示数和细绳方向. 3.规范合理作图 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. 探究点一　实验原理与探究过程 [例1] 某同学为了“验证力的平行四边形定则”,设计了如图甲所示的实验装置. (1)实验装置介绍与实验操作如下: ①该装置固定在竖直平面内,橡皮筋一端用夹子固定在该实验装置上,橡皮筋另一端套在汇力圆环上,用弹簧测力计通过套在汇力圆环的细绳拉橡皮筋时,使汇力圆环每次都与定位圆重合,定位圆在夹子的正下方. ②记录每次弹簧测力计的读数和细绳的方向,选定标度作图. ③多次实验重复以上步骤. (2)回答下列问题: ①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是　 .  ②作出两个分力的图示和合力的图示如图乙所示,F与F′中,方向一定沿竖直方向的是　　　　(选填“F”或“F′”).  (3)在保证汇力圆环与定位圆重合的前提下,其中一个分力对应的细绳方向不变,弹簧测力计示数变大,则另一个分力对应的大小和方向可能的情况是　　　　.(多选)  A.方向不变,大小不变 B.方向改变,大小不变 C.方向改变,大小变大 D.方向改变,大小变小 解析:(2)①本实验使汇力圆环每次都与定位圆重合的作用是保证两分力共同作用的效果与一个力单独作用的效果相同. ②F为作图得到的两个弹簧