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实验三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．通过验证力的平行四边形定则，培养同学们用图象法处理实验数据，并得出结论的能力．二、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．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．三、实验器材方木板，白纸，弹簧秤(两个)，橡皮条，细绳(两条)，三角板，刻度尺，图钉(几个)．四、实验步骤1．如图所示，在桌上平放一块方木块，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上．2．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端挂上两条细绳，细绳的另一端系着绳套．3．用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O.4．用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数．(在使用弹簧秤的时候，要注意使弹簧秤与木板平面平行)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，按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F.6．只用一个弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样位置O，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示．7．比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，看它们是否相同．8．改变两个分力的大小和夹角，再做两次实验．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，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．用两只弹簧测力计钩住细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．六、误差分析1．读数误差减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好零刻度；弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录．2．作图误差减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．(2010年天津)探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳．实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条.(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法正确的是________(填字母代号)．A．将橡皮条拉伸相同长度即可B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C．将弹簧秤都拉伸到相同刻度D．将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是________(填字母代号)．A．两细绳必须等长B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些【解析】(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求是两次拉伸橡皮条的作用效果要相同，故选项B、D正确．(2)要减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都必须与木板平行．用两弹簧秤同时拉细绳时，弹簧秤的示数之差适当大些即可，拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些，故B、D正确．【答案】(1)BD(2)BD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、最小刻度为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．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N.(2)在如图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.(3)下图中(A)(B)两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些？【解析】(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1N，读数时应估读一位，所以读数分别为2.50N和4.00N.(2)取一个小方格的边长表示0.50N，作出两个力及它们的合力如图．(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的，其方向一定在橡皮条所在直线上，所以(B)图符合实验．误差的原因主要是弹簧测力计读数误差，确定分力方向不够准确等原因．【答案】(1)2.504.00(2)见解析(3)(B)图误差原因见解析1．用弹簧测力计测量力的大小时，下列使用的方法中正确的是()A．拿起弹簧测力计就进行测量读数B．先用标准砝码检查示数正确后，再进行测量读数C．测量前检查弹簧指针正指零刻线，用标准砝码检查示数正确后，再进行测量读数D．测量前观察到弹簧测力计示数准确指在0.5N，测量读取的数值应是示数减去0.5N解析：在使用弹簧测力计之前，首先检查和矫正零点，然后利用标准砝码检查验证其准确后，才能去测量一个力的大小，所以A、B错，C项正确；D项中用减去测量前的示数的方法也是可行的，所以应选C、D.答案：CD2．(2009年山东)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(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，设计了如图所示的实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物．(1)为完成实验，下述操作中必需的是_______．A．测量细绳的长度B．测量橡皮筋的原长C．测量悬挂重物后橡皮筋的长度D．记录悬挂重物后结点O的位置(2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是_______________．解析：运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边作平行四边形，其对角线是否和合力相符．本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边作平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可验证．为测量各力的大小需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物后O点位置．故应选B、C、D.可以通过改变小重物改变各力的大小和方向．答案：(1)BCD(2)更换不同的小重物3．(2010年济宁模拟)如图所示，用A、B两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸长到O点(α＋β＜π2)，现保持A的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计B的拉力大小和方向，可使O点保持不变，这时：(1)B的示数应是()A．一定变大B．一定不变C．一定变小D．变大、不变、变小均有可能(2)夹角β的变化应是()A．一定变大B．一定不变C．一定变小D．变大、不变、变小均有可能解析：“使O点保持不变”即表示A、B拉力的合力大小和方向不变，则以O为圆心，以A的拉力大小为半径画圆弧如图所示，答案：(1)C(2)C根据平行四边形定则，按题意α减小，可知B的拉力的大小和方向均发生相应的变化，由图可知B的拉力的大小和角度β都将变小，故(1)、(2)均选C.4．(2010年合肥)做“验证力的平行四边形定则”的实验．(1)在水平放置的木板上，固定一张白纸；(2)将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳又分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计；(3)沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当结点拉到O点时，两根细绳接近垂直，这时弹簧测力计的示数如图所示；(4)由弹簧测力计读出此时两力F1和F2的大小，描下O点，并在两线的下方描下B、C两点，用来画拉线方向；接着用其中一个弹簧测力计再进行后面的步骤，发现上述操作中有严重不妥当之处．该不妥当之处是：______________________________________；理由是________________解析：橡皮筋拉得太长；由图可知，两拉力均接近5N，合力大于5N，超过了测量量程，用一个测力计拉时测不出合力．答案：橡皮筋拉得太长两力均接近5N，合力大于5N，超过了测量量程，用一个测力计拉时测不出合力5．(2010年海南五校)在研究共点力合成的实验中，得到如图所示的合力F合与两个分力夹角θ的关系图象，这是图象的一部分，则这两个分力的大小为__________、__________.答案：2N3N解析：θ＝0时，F1＋F2＝5Nθ＝π3时，则F21－2F1F2cos120°＋F22＝(19)2所以F1＝2NF2＝3N6．某同学在做“互成角度的两个力的合成”实验时，利用坐标纸记下橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图所示．(1)试在图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)两个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——橡皮筋的拉力等大反向，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；若两个分力的大小都改变而方向都不变，则合力必改变，结点的位置必改变，故D错．答案：(1)略(2)AC