搜索
实验：验证力的平行四边形定则01实验认知导学02实验核心解读03典例探究剖析04课后达标检测一、实验目的验证互成角度的两个共点力合成时遵循平行四边形定则．二、实验原理1．若用一个力F′或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉至同一点，即力F′与F1、F2的共同作用效果相同，那么F′为F1、F2的合力．2．用弹簧测力计分别测出F′和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F′和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F.3．比较F′与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明平行四边形定则的正确性．三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)．一、实验步骤1．仪器的安装(1)钉白纸：用图钉把一张白纸钉在方木板上，将方木板放在水平桌面上．(2)拴绳套：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套．2．操作与记录(1)两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所示)．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数(F1和F2)．(2)一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳套的方向．(3)改变F1和F2的夹角和大小，再做两次．(4)实验记录：项目次数分力F1/N分力F2/N用平行四边形定则作图量出合力F/N用一个测力计直接测出F1、F2的合力F′/NF1与F的夹角θ/(°)123二、数据处理1．理论值：在白纸上按比例从O点开始作出同时拉两个弹簧测力计时拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.2．测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出使用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示．3．相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等．三、误差分析1．使用中，测力计的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间、测力计外壳和纸面之间有摩擦力存在会造成系统误差．2．两次测量拉力时，橡皮筋的结点O没有拉到同一点会造成偶然误差．3．两个分力的起始夹角θ太大，如大于120°.再重做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不变)，如θ变化范围不大，因而使测力计示数变化不显著，读数误差大．4．在应用平行四边形定则作图时，F1、F2及合力F作图不精准，测量值的最后一位估读数在作图时又一次估计会造成偶然误差．四、注意事项1．同一实验中的两只测力计的选取方法是将两只测力计钩好后对拉，若两只测力计在拉的过程中读数始终相同，则可选，若不同，应另选，直到两只测力计的读数始终相同；使用时测力计与板面平行．2．在满足合力不超过测力计量程及橡皮筋形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差．3．画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要因太大而画出纸外．要严格按力的图示要求和几何作图法作图．4．在同一次实验中，结点O位置一定要相同．5．由作图法得到的F和实验测量得到的F′不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为是F和F′相等即可．类型一实验原理与操作[典例1]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，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示．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(套)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)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和F2的合力F；(6)比较________的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并做出相应的改进后再次进行实验．[解析](3)用铅笔描出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线．(6)F与F3做比较，即比较用平行四边形定则作出的合力和产生相同效果的实际的力是否相同，即可验证力的平行四边形定则的正确性．[答案](3)沿此时细绳(套)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与F3类型二数据处理与分析[典例2]某探究小组做“验证力的平行四边形定则”的实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示1mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)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)用一只测力计将橡皮筋的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(b)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(a)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＝4.2N和F2＝5.6N.①用5mm长度的线段表示1N的力，以O点为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行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.[解析](1)由题给测力计示数可知，读数为4.0N.(2)作图，F2长度为28mm，F1长度为21mm，平行四边形如图，量出合力长度约为20mm，大小代表4.0N，量出合力箭头处到y轴距离和所作合力在y轴上投影长度，其比值就是F合与拉力F的夹角的正切值．[答案](1)4.0(2)①图见解析②4.00.05类型三实验创新设计[典例3]某同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则．在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量都相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力TOA、TOB和TOC，回答下列问题：(1)(多选)改变钩码个数，实验能完成的是________．A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5(2)在实验中，最重要的一个步骤是________．A．标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向B．量出OA、OB、OC三段绳子的长度C．用量角器量出三段绳子之间的夹角D．用天平测出钩码的质量(3)在作图时，某同学以F1、F2的线段为邻边作平行四边形，并在图中画出表示竖直方向的直线(虚线)，你认为图示中________是正确的．(选填“甲”或“乙”)[解析](1)因为每个钩码的重量都相等，则钩码个数就代表力的大小，O点受3个力处于平衡状态，因三力不共线，则三力的大小应可以构成一个三角形，才能完成实验，因此B、C、D选项是可以的．(2)在实验中，最重要的一个步骤是标记结点O的位置，并记录OA、OB、OC三段绳子的方向．(3)F3的方向一定竖直向下，而F1和F2合力的方向由于测量误差可能偏离竖直向上的方向，所以甲是正确的．[答案](1)BCD(2)A(3)甲