学生实验课堂实录【1】

第4 讲

验证力的平行四边形定则

一．实验目的

1．验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则．

2．培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力．

教学方法：教师启发，引导。学生讨论。，交流。

教学用具：多媒体辅助教学设备

课时安排：1课时

教学过程：

老师讲解实验原理

二、实验原理

互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等．

老师通过多媒体展示实验器材

三、实验器材

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔．

学生通过观看多媒体实验视频总结回答实验步骤

四、实验步骤

1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．

2．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．

3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置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的方向．

4．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．

5．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验．

通过实验，学生总结力的平行四边形定则

相关原理：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同一位置，所以力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示．再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否相同，若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则．

学生积极参与讨论回答注意事项

五．注意事项

(1)同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，读数相同．

(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同．

(3)用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．

(4)实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度，在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下，拉力的数值尽量大些．

(5)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向．

(6)在同一次实验中，画力的图示所选定的标度要相同，并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些．

【典题例析】

考点一：对实验原理及实验操作的考查

【典题

1】(2015 年安徽卷)在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在木板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端，用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使得橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图

S3-2所示，请将以下的实验操作和处理补充完整. (1)用铅笔描下结点位置，记为

O (2)

记录两个弹簧测力计的示数

F1 和

F2，沿每条细绳的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线. (3)

(3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置

O，记录测力计的示数

F3，_----------- (4)按照力的图示要求，作出拉力

F1、F2、F3. (5)根据力的平行四边形定则作出

F1、

(6)比较________________的一致程度，若有较大差异，对F2 的合力

F其原因进行分析，并作出相应的改进

后再进行试验. 学生讨论答题：(3)沿此时细绳的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线(6)F 和

F 考点二：对实验过程及数据处理的考查

【典题

2】(2017 年新课标Ⅲ卷)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为

x 轴，纵轴为

y轴，最小刻度表示

1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图

S3-3 甲所示.将橡皮筋的一端

Q 固定在

y 轴上的

B 点(位于图示部分之外)，另一端

P 位于

y 轴上的

A 点时，橡皮筋处于原长. (1)用一个弹簧测力计将橡皮筋的

P 端沿

y 轴从

A 点拉至坐标原点

O，此时拉力

F 的大小可由测力计读出.测力计的示数如图乙所示，F 的大小为________N. (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋

P 端回到

A 点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将

P 端拉至

O 点.此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为

F1＝4.2 N 和

F2＝5.6 N.①用

5 mm 长度的线段表示

1 N 的力，以

O 为作用点，在图甲中画出力

F1、F2 的图示，然后按平形四边形定则画出它们的合力

F 合.

②F合的大小为_______N，F合与拉力

F 的夹角的正切值为________.若

F合与拉力

F 的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则. 学生分析答题：解析：(1)由图可知，F 的大小为

4.0 N. (2)作用

F1、F2 的图示，作出合力

F合，F合长为

20 mm，所以

F合大小为

4.0 N，结合图象并根据数学几何关系知，F合与拉力

F 的夹角的正切值为

0.05.

图

D14 拓展实验：

1.

实验原理的创新：根据共点力平衡的条件，任意两个力的合力必与第三个力等大反向，得到两个力的合力

2.

力测量的创新：(1)根据胡克定律，橡皮筋的弹力可近似认为与其伸长量成正比，将力的测量转化为伸长量的测量；(2)根据平衡条件得到合力与

【典题

3】某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行四边形定则，他找到两条相同的橡皮筋(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与细绳连接，结点为

O，细绳下挂一重物，两橡皮筋的另一端也都连有细绳.实验时，先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的钉子

A 上，另一条橡皮筋任其下垂，如图

S3-4 甲所示；再将另一条橡皮筋的另一端的

细绳固定在墙上的钉子

B 上，如图乙所示.分力的大小.

(1)为完成实验，下述操作中必需的是________. a.两橡皮筋的另一端连接的细绳

a、b 长度要相同

b.要测量橡皮筋的原长

c.要测量图甲和图乙中橡皮筋的长

d.要记录图甲中结点

O 的位置及过结点

O 的竖直方向

e.要记录图乙中结点

O′的位置及过结点

O′的竖直方向

(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理解正确的是________ a.橡皮筋的材料和原长相同即可b.橡皮筋的材料和粗细相同即可c.橡皮筋的材料、原长和粗细均要相同

学生回答：解析：(1)首先应明白该实验的实验原理，即用橡皮筋的伸长量来表示弹力的大小，所以实验中一定要测橡皮筋的长度，而没必要关心细绳

a、b 的长度，选项

b 和

c 中的操作是需要的，为了确保力的合成的等效性，需要记录题图乙中结点

O′的位置及过结点

O′的竖直方向，选项

e 中的操作是必需的. (2)为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小，满足

F＝kx，应让

k 值相同，即橡皮筋的材料、粗细、原长均要相同，选项c 正确.