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实验2:验证力的平行四边形定则


实验2:验证力的平行四边形定则
一、实验目的 1.验证力的平行四边形定则。 2.掌握弹簧秤的构造、调节方法和使用方法。 二、实验原理 如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮筋的结点 上,与只用一个力F′作用于橡皮筋的结点上,所产生的效果 相同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度),那么,F′就是 F1和F2的合力。根据平行四边形定则作出两共点力F1和F2的 合力F的图示,应与F′等大同向。 三、实验器材 方木板一块、白纸、弹簧秤(两只)、橡皮条、细绳套(两 个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)。

四、实验步骤 1.用图钉把白纸钉在方木板上。 2.把方木板平放在桌面上,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。(固定点A在纸面外) 3.用两只弹簧秤分别钩住细绳套,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2-4-1所示,位置O须处于纸面以内) 4.用铅笔描下O的位置和两细绳套的方向,并 记录弹簧秤的读数。 5.从力的作用点(位置O)沿着两细绳套的方向 画直线,按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力 图2-4-1 F1和F2的图示,并用平行四边形定则作出合力F 的图示。 6.只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记 下弹簧秤的读数和细绳的方向。用刻度尺从O点按同样标度沿记录的方向 作出这只弹簧秤的拉力F′的图示。 7.比较力F′的图示与合力F的图示,看两者是否等长、同向。 8.改变两个力F1和F2的大小和夹角,再重复实验两次。

五、注意事项 1.不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳再连两细绳套,以三绳交点为结点,使结点小些,便于 准确地记录结点O的位置。 2.不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条,要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度 看弹簧秤读数有无变化。 3.弹簧秤在使用前应水平放置,然后检查、校正零点。将两弹簧秤互相勾着水平拉伸,选择两只读数完 全一致的弹簧秤使用。 4.在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。 5.用两只弹簧秤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,以60°~100°之间 为宜。 6.读数时应注意使弹簧秤与木板平行,并使细绳套与弹簧秤的轴线在同一条直线上,避免弹簧秤的外壳 与弹簧秤的限位孔之间有摩擦。读数时眼睛要正视弹簧秤的刻度,在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度范 围内的前提下,拉力的数值应尽量大些。 7.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,取掉细绳套后,再将所标点与O点连直线确定力的方向。 8.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 本实验的误差主要来自以下五个方面: 1.用描点法记录的拉力方向不够准确; 2.所作平行四边形的对边不严格平行; 3.拉橡皮条时,没有做到橡皮条及两细绳套平行于木板,使在纸上所描下的拉力方向并不是拉力的真实 方向; 4.没有校准弹簧秤的零点,两只弹簧秤的刻度不准确; 5.弹簧的拉杆与限位孔有摩擦,使弹簧秤读数并不能真实地表示细绳中拉力的大小。
特别提醒: 弹簧秤的选取方法是:①将两只弹簧秤调零后,互勾水平对拉,若两只弹簧秤在对拉的过程中,读数相同,则可选用, 若读数不同,应另换,直到相同为止。②弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用。③使用前要检查指针是否指在零刻 度线,否则应校正零位。④读数时应正对、平视刻度。

热点一

实验方法、步骤的考查

【例1】某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时,主要步骤是: A.在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上。 B.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 另一端系着绳套。 C.用两个弹簧测力计分别勾住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达 某一位置O。记录下O点的位置,读出两个弹簧测力计的示数。 D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平 行四边形定则求出合力F。 E.只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记 下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示。 F.比较F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。 C E 上述步骤中(1)有重要遗漏的步骤的序号是___和___; 记下两条绳的方向 (2)遗漏的内容分别是_________________和_______________________________。 把橡皮条的结点拉到同一位置O

【解析】据验证力的平行四边形定则的操作规程可知,有重要遗漏的步 骤的序号是C、E。在C中未记下两条细绳的方向。E中未说明是否把橡皮条 的结点拉到了同一位置O。

1

在“验证力的平行四边形定则”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(如图2-4-2所示)。实验中需 用两个弹簧秤分别钩住绳套,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.在使用弹簧秤时,要注意使弹簧秤与木板 平行 其中正确的是____。(填入相应的字母) C

图2-4-2

热点二

实验原理、误差的分析

【例2】在做“验证力的平行四边形定则”实验时 (1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外, 橡皮条 三角板 还必须有_______和_________。 (2)要使每次合力与分力产生相同的效果,必须( A ) A.每次将橡皮条拉到同样的位置 B.每次把橡皮条拉直 C.每次准确读出弹簧秤的示数 D.每次记准细绳的方向 (3)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某同学的实 验结果如图2-4-3所示,其中A为固定橡皮条的图钉, O为橡皮条与细绳结点的位置。图中___是力F1与F2的 F 图2-4-3 F′ 合力的理论值;____是力F1与F2的合力的实验值。通 F F′ 过把____和____进行比较,验证平行四边形定则。 【解析】(1)根据实验器材的要求可知,还必须有橡皮条和三角板(用来 作平行四边形)。 (2)根据实验原理知正确答案为A。 (3)在本实验中,按照平行四边形定则作出的合力为F1和F2的合力的理 论值,而用一个弹簧秤拉时测出的力为F1和F2的合力的实验值。

2

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2-4-4所示, 但F大于等于F′。引起这一结果的原 大 因可能是F1的大小比真实值偏____, F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏 大 ____。

图2-4-4

热点三

实验数据的处理

【例3】将橡皮条的一端固定在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,当橡皮条的活动端拉到O点时, 两根细绳相互垂直,如图2-4-5所示,这时弹簧测力计的读数可从图中读出。 (1)由图中可读得两个相互垂直拉力的大小分别 是_____N和_____N。(只需读到0.1N) 2.5 4.0 (2)在本题的方格纸上按作图法的要求,画出这 两个力及它们的合力。

图2-4-6

图2-4-5

【解析】读弹簧秤示数时,应注意首先找零刻度,尤其是竖直放置的那 个弹簧秤,它的弹簧是倒置的,它的读数是2.5N(而不是3.5 N),水平放置的 弹簧秤读数是4.0N,用方格纸上八个方格长表示。 【名师支招】注意弹簧测力计的最小刻度和量程,按题目要求或有效数字 规则进行读数,才能得到正确的测量结果;认真作图是得到正确结果的保证, 应恰当选取合适的标度。

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如图2-4-7所示,在“验证力的平行四边形 定则”的实验中,用两个弹簧测力计把橡 皮条拉到一定长度并记下结点O后,再改用 一个弹簧测力计拉时,也要把橡皮条拉到 同一结点O的原因是: 使两个力的作用效果和一 ______________________ 个力的作用效果相同或使效果相同 _______________________________。在坐 标图中已画出两弹簧测力计拉力的图示, 已知方格每边长度表示1.0 N,试用作图法 画出合力F的图示,并由此得出合力F的大 7.0 小为_____N (保留两位有效数字)。

图2-4-7



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