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验证力的平行四边形定则高三物理复习教案
【实验目的】
验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则.
【实验原理】
等效法:使一个力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某点,所以这一个力F就是两个力F1和F2的合力,作出F的图示,再根据平行四边形定则作出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.
【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.
【实验步骤】
⑴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.
⑵用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉像皮条,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.
⑶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.
⑷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.
⑸用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F的图示.
⑹比较一下,力F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同.
锦囊妙诀:白纸钉在木板处,两秤同拉有角度,读数画线选标度,再用一秤拉同处,作出力的矢量图.
交流与思考:每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体现了怎样的物理思想方法?若两次橡皮条的伸长长度相同,能否验证平行四边形定则?
提示:每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同,这是物理学中等效替换的思想方法.由于力不仅有大小,还有方向,若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同,说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则.
【误差分析】
⑴用两个测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内,这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小.
⑵结点O的位置和两个测力计的方向画得不准,造成作图的误差.
⑶两个分力的起始夹角太大,如大于120,再重做两次实验,为保证结点O位置不变(即保证合力不变),则变化范围不大,因而测力计示数变化不显着,读数误差大.
⑷作图比例不恰当造成作图误差.
交流与思考:实验时由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F忘记标注而造成错乱,你如何加以区分?
提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直,所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F,不共线的合力表示由作图法得到的合力F.
【注意事项】
⑴不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点O的位置.
⑵使用弹簧秤前,应先调节零刻度,使用时不超量程,拉弹簧秤时,应使弹簧秤与木板平行.
⑶在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相同.
⑷被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.
⑸读数时应正对、平视刻度.
⑹两拉力F1和F2夹角不宜过小,作力的图示,标度要一致.
交流与思考:如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律?如何观察合力的变化规律?
提示:保持两力的大小不变,改变两力之间的夹角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的位置变化,判断合力大小的变化情况,结点离固定点越远,说明两力的合力越大.
【正确使用弹簧秤】
⑴弹簧秤的选取方法是:将两只弹簧秤调零后互钩水平对拉,若两只弹簧在对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换弹簧,直至相同为止.
⑵弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用.
⑶使用前要检查指针是否指在零刻度线上,否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差).
⑷被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.
⑸读数时应正对、平视刻度.
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