高中物理验证力的平行四边形定则教案设计

时间:2021-09-04 12:12:20 物理教案 我要投稿

高中物理验证力的平行四边形定则教案设计

  一、实验目的

高中物理验证力的平行四边形定则教案设计

  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

  如果使F1、F2的共同作用效果与另一个力F′的作用效果相同(橡皮条在某一方向伸长一定的长度),那么根据F1、F2用平行四边形定则求出的合力F,应与F′在实验误差允许范围内大小相等、方向相同.

  实验器材

  方木板一块、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)、细芯铅笔.

  三、实验步骤

  (一)、仪器的安装

  1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.并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.

  (二)、操作与记录

  2. 用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地 拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图所示,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.

  3.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套的方向.

  (三)、作图及分析

  4.改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复实验两次.

  5.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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.

  6.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.

  7.比较一下,力F′与用平行四边形定则求出的合力F在误差范围内大小和方向上是否相同.

  四、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60°~100°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的前提下,测量数据应尽量大一些.

  (2)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向.不要直接沿细绳套方向画直线,应在细绳套两端画个投影点,去掉细绳套后,连直线确定力的方向.

  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.

  五、误差分析

  本实验的误差除弹簧测力计本身的误差外,还主要来源于以下两个方面:

  1.读数误差

  减小读数误差的方法: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

  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,用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大,所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大。

  例1、对实验原理误差分析及读数能力的考查:(1)某实验小组在探究合力的方法时,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.实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的_BD_______.(填字母代号)

  A.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

  C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度

  D.将橡皮条和细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__AD______.(填字母代号)

  A.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行

  B.两细绳之间的夹角越大越好

  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

  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

  (3)弹簧测力计的指针如图所示,由图可知拉力的大小为__4.00____N.

  例2对实验操作过程的考察: 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O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物,如图所示

  (1)为完成该实验,下述操作中必需的是___bcd _____.

  a.测量细绳的长度

  b.测量橡皮筋的原长

  c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度

  d.记录悬挂重物后结点O的位置

  (2)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________改变重物质量______.

  例3:有同学利用如图2-3-4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)改变钩码个数,实验能完成的是 (BCD  )

  A.钩码的个数N1=N2=2,N3=4

  B.钩码的个数N1=N3=3,N2=4

  C.钩码的个数N1=N2=N3=4

  D.钩码的个数N1=3,N2=4,N3=5

  (2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是 ( A )

  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,你认为图中____甲____是正确的.(填“甲”或“乙”)

  当堂反馈:

  1、“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和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___ F′_____.

  (2)本实验采用的科学方法是__B______.

  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

  2、某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时,主要步骤是:

  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力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__C______和____E____;

  (2)遗漏的内容分别是________________________________________________________________________

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