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[实验目的]1.会用弹簧测力计和细绳测出力的大小和方向。知识梳理2.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]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'的图示并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。[实验器材]方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳(两条)、三角板、刻度尺、铅笔、图钉(几个)。[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,细绳的另一端系上细绳套。3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,如图所示。 4.用铅笔描下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。[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。[注意事项]1.同一实验中的两个弹簧测力计的选取方法是:将两个弹簧测力计调零后互钩对拉,若两个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,直到相同为止。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.用两个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.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指针之间有摩擦。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不超过弹性限度的前提下,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。1.“验证力的平行四边形定则”的实验中,需要将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根细绳,细绳的另一端都有绳套(如图),实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套,并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过程中必须注意以下几项: A.两根细绳必须等长B.橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C.在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行其中正确的是。(填入相应的字母) 答案C 解析本题主要考查做实验时的操作技能及注意事项。该实验对两绳是否等长无要求。两绳也不一定要关于橡皮条所在直线对称,只要保证弹簧测力计与木板平面平行,保证力在同一水平面上即可,所以C选项正确。2.如图所示是甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果,若用F表示两个分力F1、F2的合力,用F'表示F1和F2的等效力,则可以判断(选填“甲”或“乙”)同学的实验结果是尊重事实的。 答案甲 解析由题设可知F为F1和F2的合力,通过平行四边形定则所得,而F'是F1和F2的等效力,即用一个弹簧测力计拉橡皮条时的拉力,显然F'的方向应在橡皮条的方向上,因甲同学的F'的方向与橡皮条在同一直线上,故甲同学是尊重事实的。本题解答的焦点在F'的方向的确定上。两位同学的实验结果都有误差,这是正常的,但乙同学很明显在F'的方向的确定上违背了客观事实,作图是错误的。3.在做“验证力的平行四边形定则”实验中(1)除了方木板、白纸、图钉、细绳套、橡皮条、铅笔和刻度尺,还需要的器材有。(2)在此实验中,假如F1的大小及方向固定不变,那么为了使橡皮条仍然伸长到O点,对F2来说,下列几种说法中正确的是 ()A.F2可以有多个方向B.F2的方向和大小可以有多个C.F2的方向和大小是唯一确定的D.F2的方向是唯一的,但大小可有多个值(3)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 答案(1)三角板和弹簧测力计(2)C(3)B 解析(1)还需要弹簧测力计测量力的大小,需要三角板进行作图。(2)由于合力和其中一个分力都是唯一确定的,则另一个分力也是唯一确定的,选项C正确。(3)略。4.在做“验证力的平行四边形定则”实验中,若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏,如图所示,但F大于等于F',引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏,F1的方向与F2的夹角比真实值偏。 答案大大一、实验原理和误差分析重难突破典例1李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时,利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两个弹簧测力计拉力的大小,如图甲所示。甲(1)试在图甲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.若只增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变,只需调整另一个弹簧测力计拉力的大小即可(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪一个实验比较符合实验事实?(力F'是用一个弹簧测力计拉时的图示)答:。(4)在以上实验结果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)答:。乙必定变化,故D错。(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线,单个弹簧测力计的拉力F'一定与橡皮筋共线,故张华的实验比较符合实验事实。(4)F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左。作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行(合理即可)。 答案(1)如图所示 解析(1)用平行四边形定则作图,即以F1、F2为两邻边作平行四边形,对角线就表示合力F。(标上箭头表明方向)(2)两分力可以同时大于合力,故A正确;结点受三个力作用处于平衡状态,其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力——橡皮筋拉力等大、反向,是一对平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B错;只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同,故C对;若两个分力的大小变化而方向都不变,则合力(2)AC(3)张华做的符合实验事实(4)见解析二、实验数据的处理典例2将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一个量程为5N、分度值为0.1N的弹簧测力计,沿着两个不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图所示。这时弹簧测力计的示数可从图中读出。 (1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为N和N(只需读到0.1N)。(2)在方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。 解析(1)读弹簧测力计示数时,应注意首先找零刻度一端,尤其是竖直放置的那个弹簧测力计是倒置的,它的读数是2.5N(而不是3.5N),水平放置的弹簧测力计读数是4.0N。(2)作图时要选取合适的标度。 答案(1)4.02.5(或2.54.0)(2)如图所示 解析(1)读弹簧测力计示数时,应注意首先找零刻度一端,尤其是竖直放置的那个弹簧测力计是倒置的,它的读数是2.5N(而不是3.5N),水平放