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驗證力的平行四邊形定則高三物理復習教案
【實驗目的】
驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則.
【實驗原理】
等效法:使一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點,所以這一個力F就是兩個力F1和F2的合力,作出F的圖示,再根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示,比較F和F的大小和方向是否都相同.
【實驗器材】
方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細芯鉛筆.
【實驗步驟】
�、庞脠D釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上,并用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.
�、朴脙芍粡椈蓽y力計分別鉤住細繩套,互成角度地拉像皮條,使橡皮條伸長到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧測力計的讀數(shù),用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩套的方向.
�、侵挥靡恢粡椈蓽y力計通過細繩套把橡皮條的結點拉到同樣的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩套的方向.
�、扔勉U筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩套方向畫直線,按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示.
�、捎每潭瘸邚腛點按同樣的標度沿記錄的方向作出只用一只彈簧測力計的拉力F的圖示.
�、时容^一下,力F與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向是否相同.
錦囊妙訣:白紙釘在木板處,兩秤同拉有角度,讀數(shù)畫線選標度,再用一秤拉同處,作出力的矢量圖.
交流與思考:每次實驗都必須保證結點的位置保持不變,這體現(xiàn)了怎樣的物理思想方法?若兩次橡皮條的伸長長度相同,能否驗證平行四邊形定則?
提示:每次實驗保證結點位置保持不變,是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相同,這是物理學中等效替換的思想方法.由于力不僅有大小,還有方向,若兩次橡皮條的伸長長度相同但結點位置不同,說明兩次效果不同,不滿足合力與分力的關系,不能驗證平行四邊形定則.
【誤差分析】
�、庞脙蓚�測力計拉橡皮條時,橡皮條、細繩和測力計不在同一個平面內(nèi),這樣兩個測力計的水平分力的實際合力比由作圖法得到的合力小.
�、平Y點O的位置和兩個測力計的方向畫得不準,造成作圖的誤差.
�、莾蓚�分力的起始夾角太大,如大于120,再重做兩次實驗,為保證結點O位置不變(即保證合力不變),則變化范圍不大,因而測力計示數(shù)變化不顯著,讀數(shù)誤差大.
�、茸鲌D比例不恰當造成作圖誤差.
交流與思考:實驗時由作圖法得到的合力F和單個測力計測量的實際合力F忘記標注而造成錯亂,你如何加以區(qū)分?
提示:由彈簧測力計測量合力時必須使橡皮筋伸直,所以與AO共線的合力表示由單個測力計測量得到的實際合力F,不共線的合力表示由作圖法得到的合力F.
【注意事項】
⑴不要直接以橡皮條端點為結點,可拴一短細繩連兩細繩套,以三繩交點為結點,應使結點小些,以便準確地記錄結點O的位置.
�、剖褂脧椈沙忧�,應先調(diào)節(jié)零刻度,使用時不超量程,拉彈簧秤時,應使彈簧秤與木板平行.
�、窃谕淮螌嶒炛�,橡皮條伸長時的結點位置要相同.
�、缺粶y力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致,拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦.
�、勺x數(shù)時應正對、平視刻度.
⑹兩拉力F1和F2夾角不宜過小,作力的圖示,標度要一致.
交流與思考:如何設計實驗探究兩力合力隨角度的變化規(guī)律?如何觀察合力的變化規(guī)律?
提示:保持兩力的大小不變,改變兩力之間的夾角,使兩力的合力發(fā)生變化,可以通過觀察結點的位置變化,判斷合力大小的變化情況,結點離固定點越遠,說明兩力的合力越大.
【正確使用彈簧秤】
�、艔椈沙拥倪x取方法是:將兩只彈簧秤調(diào)零后互鉤水平對拉,若兩只彈簧在對拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應另換彈簧,直至相同為止.
⑵彈簧秤不能在超出它的測量范圍的情況下使用.
�、鞘褂们耙獧z查指針是否指在零刻度線上,否則應校正零位(無法校正的要記錄下零誤差).
�、缺粶y力的方向應與彈簧秤軸線方向一致,拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦.
�、勺x數(shù)時應正對、平視刻度.
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