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高三上册物理 实验:力的平行四边形定则 逐字稿-3,468字

  师:同学们,今天我们来学习第二章的第一个实验——验证平行四边形定则。大家先回顾一下相关知识。这个实验有两个目的:一是验证互成角度的两个共点力的合成结果遵从平行四边形定则;二是培养应用作图法处理实验数据并得出结论的能力,这是做完实验后必须掌握的两项技能。

  实验原理是,如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮筋的结点上,与只用一个力F1′作用于该结点所产生的效果相同,即橡皮筋在相同方向上伸长相同的长度,那么F1′就是F1和F2的合力。根据力的平行四边形定则,作出F1、F2的合力F的图示,应与F1′的图示等大同向。

  实验器材有方木板、一张大白纸、两个校准过的弹簧秤、橡皮筋、两个细绳套、三角板、刻度尺、若干图钉以及铅笔。实验装置如图所示,将橡皮筋一端固定在A点,先用两个弹簧秤将其拉到O点,之后只用一个弹簧秤也把它拉到O点。

  实验有一些注意事项:

  第一,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,否则无法体现力的作用效果相同。

  第二,角度合适。用两个弹簧测力计勾住细绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜太大或太小,60度到100度左右为宜。

  第三,尽量减小误差。在不超出量程以及橡皮筋弹性限度内,拉力尽量大些,并且比例标度要适配,比如标度若规定这么长代表0.5牛顿,那测量值至少为2牛顿、3牛顿等,这样作图更清晰。细绳套应适当长一些,便于确定拉力方向。

  第四,统一标度。在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,且要恰当选用标度,让力的图示稍大一点,避免力的图示在白纸上只占很小角落,影响实验效果。

  实验结论是,在实验误差范围内,F和F1′可认为重合,由此验证了F1和F2的合力遵从平行四边形定则。近年来,不管是全国卷还是江苏高考试卷,这个实验经常出现。接下来我们主要讲两类问题。

  先分析实验原理和实验操作方面的题目。例如例一,某个研究小组做验证力的平行四边形定则的实验,所用器材有方木板、白纸、量程为5牛顿的弹簧测力计两个、橡皮条,还有两个较长的细绳套、刻度尺、若干图钉。在具体操作前,有些同学对实验提出如下建议,判断哪些正确。

  A选项说橡皮条应和两个绳套夹角的角平分线在一条直线上,我们实验并未强调这点,所以该想法错误。

  B选项,重复实验再次验证时,节点O的位置可以与前一次不同。就像实验桌上有两个同学,第一个同学把节点O拉到某个位置,第二个同学做实验时不一定要拉到相同位置,所以B正确。

  C选项,使用测力计的时候,施力方向应沿着测力计的轴线,读数时视线应正对着测力计的刻度,这是从初中就要求的弹簧测力计使用原则,所以C正确。

  D选项,用两个测力计互成角度地拉橡皮条时,拉力必须都小于只用一个测力计测的拉力,这显然不可能,所以D错误。答案应选B和C。

  该小组同学用同一套器材做了4次实验,白纸上留下标注信息有节点位置O点、力的标度、分力和合力的大小以及力的作用线的点。给出A、B、C、D四个图,让选出对提高实验精度最有利的。A图比例标度长度代表3牛顿,两个力分别是3.4牛顿和2.7牛顿,作图难操作,所以A不行;B图长度代表0.5牛顿,分力F1、F2一个是2.8牛顿,一个是3牛顿,作图效果明显;C图也是0.5牛顿,但另一个力只有1.0牛顿,是比例标注的两倍,做出来图会很小,效果不明显;D图力的夹角非常小,且力的数值也不利于作图。所以从提高实验精度角度,答案选B。这也启示我们做实验时,角度要合理控制在60度到80度,比例标度选取要合适,这样才容易分析出结果。

  来看一个变式训练。在探究求合力的方法实验中,将橡皮条一端固定在水平木板上,先用一个弹簧测力计拉橡皮条另一端到O点并记下位置,再用橡皮条另一端系两根细绳,细绳另一端有绳套,用两个弹簧测力计分别勾住绳套并互成角度拉橡皮条。某同学认为过程中需注意以下几项,判断对错。

  A选项,两根细绳必须等长,在实验室很难做到两根绳子绳套完全等长,所以该要求不存在。

  B选项,橡皮条应与两个绳夹角的平分线在同一条直线上,实验不存在角平分线要求,所以错误。

  C选项,使用弹簧测力计时,要使弹簧测力计与木板表面平行,因为在桌面上做实验,桌面是平的,所以该项正确。

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