搜索
实验三验证力的平行四边形定则基础自主梳理一、实验目的1.会使用弹簧测力计.2.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1.等效法: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点,所以力F'就是这两个力F1和F2的合力,作出力F'的图示,如图所示.2.平行四边形法:根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示.3.验证:比较F和F'的大小和方向是否相同,若在误差允许的范围内相同,则验证了力的平行四边形定则.基础自主梳理三、实验器材方木板,白纸,弹簧测力计(两个),橡皮条,细绳套(两个),三角板,刻度尺,图钉(几个).四、实验步骤1.在水平桌面上平放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸固定在方木板上.2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端各系上细绳套.3.用两个弹簧测力计分别钩住两细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,如图所示.基础自主梳理4.用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向,读出并记录两个弹簧测力计的示数.5.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线,按一定的标度作出两个力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点的平行四边形的对角线即为合力F.6.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O,读出并记录弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F'的图示.7.比较F'与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向,看它们在实验误差允许的范围内是否相等.8.改变F1和F2的大小和方向,再做两次实验.基础自主梳理五、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勾对拉,若两只弹簧测力计在对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换,直至相同为止.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.用两只弹簧测力计勾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.基础自主梳理4.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦.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.基础自主梳理六、误差分析1.弹簧测力计本身的误差.2.读数误差和作图误差.3.两分力F1、F2间的夹角θ越大,用平行四边形定则作图得出的合力F的误差也越大.精典考题例析某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小和方向，如图(a)所示.(1)试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力.（2）有关此实验，下列叙述正确的是.A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可精典考题例析(3）如图(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？(力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示).(4）在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：(至少写出两种情况).精典考题例析解析：(1)以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线OF即为所求的合力(如图所示.)(2)两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误；正确的选项只有A、C.(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实.(4)①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行.(任选其二).答案：(1)见解析图(2)AC(3)甲同学实验得到的结果(4)见解析精典考题例析在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.(1)本实验采用的科学方法是.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)图乙中的F与F'两力中,方向一定沿AO方向的是.精典考题例析解析:(1)结点O两次都是伸长到同一位置,说明两次力的作用效果是相同的,本实验用到的是等效替代的科学方法.(2)在实验中用一只弹簧测力计时肯定沿AO方向,若不是,说明实验操作错误,而根据平行四边形定则画出来的合力应该说肯定有误差.答案:(1)B(2)F'精典考题例析F/N00.501.001.502.002.50l/cml010.9712.0213.0013.9815.05例2(2015·山东卷)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则．实验步骤：①将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向．②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)．每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：精典考题例析③找出②中F＝2.50N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′，橡皮筋的拉力记为FOO′.④在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示．用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB.精典考题例析完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出F－l图线，根据图线求得l0＝______cm.(2)测得OA＝6.00cm，OB＝7.60cm，则FOA的大小为____N.(3)在图丁中根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F′的图示．(4)通过比较F′与______的大小和方向，即可得出实验结论．解析：(1)由胡克定律知，橡皮筋的弹力与橡皮筋长度间的关系为F＝k(l－l0)．当F＝0时，l＝l0，所以图线与横轴的交点坐标表示橡皮筋的原长；(2)可知橡皮筋的长度l＝OA＋OB＝13.60cm，由图线可读得弹力F＝1.80N；(4)F′为理论值，FOO′为实际值．答案：(1)如图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.70～1.90均正确)(3)如图乙所示(4)FOO′速效提升训练1.下面列出的措施中,哪些是有利于改进本实验结果的()A.橡皮条弹性要好,拉到O点时拉力要适当大一些B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大一些C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面D.拉橡皮条的绳要细,而且要稍短一些解析:拉力“适当”大一些能减小误差;而夹角“尽量”大一些,则使作图误差变大;橡皮条等“贴近”木板,目的是使拉线水平;绳子要细且稍长便于确定力的方向.答案:AC速效提升训练2.(2014·武汉市模拟)在“验证力的平行四边形定则”实验中(1)其中两个实验步骤分别是：A.在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个细绳套，通过细绳套同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置并读出两个弹簧测力计的示数F1和F2.B.只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′并记下细绳的方向.请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中是；B中是.（2）在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格的边长表示为2N，O点是橡皮条的结点，请用两个直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为N.2016速效提升训练解析：(1)A是出现疏漏，忘记记下此时两细绳套的方向.B是操作错误，当只用一只弹簧测力计拉时，应使结点拉到同样的位置O，并记下弹簧测力计的读数和细绳的方向.(2)合力F的图示如图所示，由图可知(3)F＝22214N＝102N.答案：(1)未记下两条细绳的方向应将橡皮条与细绳的结点拉到原来的位置O点(2)102速效提升训练3.甲、乙、丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”实验,所用弹簧测力计的量程为0~5N,他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计,用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点,如图所示,此时细绳都与木板平行,用F1和F2表示拉力的方向和大小.甲同学F1和F2的方向互相垂直,F1=3.0N、F2=3.8N;乙同学F1和F2方向间的夹角约为30°,F1=F2=4.0N;丙同学F1和F2方向间的夹角约为120°,F1=F2=4.0N.这三位同学中操作不合适的是哪一位?并说明原因.答案:操作不合适的是乙同学,因为他这两个力的合力超过了弹簧测力计刻度的最大值5N,之后再用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉不到O点.速效提升训练4．某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．(1)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N.(2)下列不必要的实验要求是________．A．应测量重物M所受的重力B．弹簧测力计应在使用前校零C．拉线方向应与木板平面平行D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置(3)某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．速效提升训练解析：(1)弹簧测力计的最小刻度为0.2N，所以A的读数为3.6N.(2)根据三力平衡的特点可知，弹簧测力计A、B的拉力的合力与重物M的重力等值反向，故A项是必要的．弹簧测力计的零点误差影响各拉力的测量值，所以使用前需校零，B项是必要的．只有拉线方向与木板平面平行，才能保证所研究的各力在同一平面内，C项也是必要的．实验中只需测出两拉力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行四边形定则，而测力计A的拉力不同时O点的位置就不同，故没必要使O点静止在同一位置，答案为D.(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，说明拉弹簧测力计A的力大了，可行的解决方法有：①改变弹簧测力计B拉力的大小或方向；②减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹簧测力计)．答案：(1)3.6(2)D(3)见解析速效提升训练5.如图所示，某实验小组的同学利用DIS实验装置研究支架上力的分解.A、B为两个相同的双向力传感器，该型号传感器在受到拉力时读数为正，受到压力时读数为负.A连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移动.B固定不动，通过光滑铰链连接长为0.3m的杆.将细绳连接在杆右端O点构成支架.保持杆在水平方向，按如下步骤操作：①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB＝θ.②对两个传感器进行调零.③用另一细绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数.④取下钩码，移动传感器A改变θ角.重复上述实验步骤，得到如下表格.速效提升训练(1)根据表格，