1、1实验三 验证力的平行四边形定则一、实验目的1.学会用弹簧测力计和细线测出力的大小与方向 .2.运用力的图示法探究互成角度的两个共点力合成时遵循 . 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 ,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 . 三、实验器材方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、 、短绳、细绳套(两个)、 、图钉(几个)、细芯铅笔 . 四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水
2、平桌面上的方木板上,并用图钉把橡皮条的一端固定在 A 点,橡皮条的另一端拴一短绳,短绳的另一端拴上两个细绳套 .图 S3-12.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置 O,如图 S3-1 所示,记录两只弹簧测力计的读数,用铅笔描下 O 点的位置及此时两个细绳套的 . 3.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置 O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的 . 4.用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力 F1和 F2的图示,并以 F1和 F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过 O 点画平行四边形的对角线,此
3、对角线即为合力 F 的图示 .25.用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计时的拉力 F的图示 .6.比较一下力 F与用平行四边形定则求出的合力 F 的大小和方向是否 . 热点一 实验原理与实验操作每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同,这是物理学中等效替代的思想方法 .由于力不仅有大小,还有方向,若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同,则说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边形定则 .图 S3-2例 1 某同学用如图 S3-2 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,
4、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)下列实验要求中不必要的是 (填选项前的字母) . 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,请你提出两个解决办法: . . 要点总结实验操作注意事
5、项3(1)不要直接以橡皮条的端点为结点,可拴一短细绳连接两个细绳套,以三绳交点为结点,且应使结点小些,以便准确地记录结点 O 的位置 .(2)使用弹簧测力计前,应先校零,使用时不能超过量程,拉弹簧测力计时,应使弹簧测力计与木板平行 .被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦 .(3)在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相同 .(4)两个拉力 F1和 F2的夹角不宜过小,作力的图示时,标度要一致 .(5)读数时应正对、平视刻度 .热点二 数据处理例 2 某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材验证力的平行四边形定则,设计了如图 S3-3 所示的实验装置,固定
6、在竖直木板上的量角器的直边水平,橡皮筋的一端固定于量角器圆心 O 的正上方 A 处,另一端系绳套 1 和绳套 2.主要实验步骤如下:图 S3-3a.弹簧测力计挂在绳套 1 上竖直向下拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达 O 处,记下弹簧测力计的示数 F;b.弹簧测力计挂在绳套 1 上,手拉着绳套 2,缓慢拉橡皮筋,使橡皮筋的结点到达 O 处,此时绳套 1 沿 0方向,绳套 2 沿 120方向,记下弹簧测力计的示数 F1;c.根据力的平行四边形定则计算出绳套 1 的拉力 F1= ; d.比较 ,若在误差允许范围内相同,则可初步验证; e.只改变绳套 2 的方向,重复上述实验步骤 .回答下列问题:(1)完
7、成实验步骤: ; . 4(2)将绳套 1 由 0方向缓慢转动到 60方向,同时绳套 2 由 120方向缓慢转动到 180方向,此过程中保持橡皮筋的结点在 O 处不动,保持绳套 1 和绳套 2 的夹角为 120不变 .关于绳套 1 的拉力大小的变化,下列结论正确的是 (填选项前的字母) . A.逐渐增大B.先增大后减小C.逐渐减小D.先减小后增大变式题某同学在做“探究求合力的方法”实验时,把橡皮条的一端用图钉固定于 P 点,同时用两个弹簧测力计将橡皮条的另一端拉到位置 O,这时两弹簧测力计的示数分别为FA=4.0N、 FB=3.5N,其位置记录如图 S3-4 所示 .若橡皮条的活动端仅用一个弹簧
8、测力计拉到位置 O,弹簧测力计的示数为 FC=6.0N,其位置记录如图 S3-4 所示 .图 S3-4(1)用 3mm 表示 1N,在图 S3-4 中作出力 FA、 FB和 FC的图示 .(2)根据平行四边形定则在图 S3-4 中作出 FA和 FB的合力 F,F 的大小为 N. (3)该实验 (选填“能”或“不能”)验证力的平行四边形定则 . 要点总结本实验涉及的数据记录和处理主要是通过规范作图和准确标度来实现的,其中涉及弹簧测力计的读数要注意遵守有效数字的读数规则 .1.有同学利用如图 S3-5 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
9、打一个结点 O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个数读出三根绳子的拉力大小 F1、 F2和 F3.回答下列问题:5图 S3-5(1)按下列方式改变钩码个数,实验能完成的是 (填选项前的字母) . 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)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是 (填选项前的字母) . 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
10、测出钩码的质量(3)在作图时,你认为图 S3-6 中 (选填“甲”或“乙”)是正确的 . 图 S3-62.如图 S3-7 所示,某实验小组同学利用 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,可在固定的板上沿圆弧移动 .B 固定不动,通过光滑铰链连接长 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:图 S3-7 测量绳子与水平杆的夹角 AOB= ;6 对两个传感器进行调零; 用另一根绳在 O 点悬挂一个钩码,记录两个传感器的读数; 取下钩码,
11、移动传感器 A 改变 角; 重复上述实验步骤,得到数据见下表 .F1/N 1.001 0.580 1.002 F2/N -0.868 -0.291 0.865 30 60 150 (1)根据表格数据, A 传感器对应的是表中力 (选填“ F1”或“ F2”).钩码质量为 kg(g 取 10m/s2,结果保留一位有效数字) . (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是 (填选项前的字母) . A.因为事先忘记调零B.何时调零对实验结果没有影响C.为了消除横杆自身重力对结果的影响D.可以完全消除实验的误差3.小白用如图 S3-8 所示的装置验证“力的平行四边形定则”,其部分实验操作
12、如下,请完成下列相关内容:图 S3-8a.在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O;b.卸下钩码,然后将两细绳套系在弹簧下端,用两弹簧测力计钩住细绳套将弹簧末端拉到同一位置 O,记录细绳套 AO、 BO 的 及两弹簧测力计相应的读数,图 S3-9 中 B 弹簧测力计的读数为 N; 7图 S3-9c.小白在坐标纸上画出两弹簧测力计拉力 FA、 FB的大小和方向如图 S3-10 所示,请你用作图工具在图中坐标纸上作出 FA、 FB的合力 F;d.已知钩码的重力,可得弹簧所受的拉力 F 如图 S3-10 所示;图 S3-10e.最后观察比较 F 和 F,得出结论 .4.一同学用电子秤、水壶、细线
13、、墙钉和贴在墙上的白纸等物品,在家中验证力的平行四边形定则 .8图 S3-11(1)如图 S3-11 甲所示,在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶,记下水壶 时电子秤的示数 F; (2)如图乙所示,将三细线 L1、 L2、 L3的一端打结,另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和水壶带上,水平拉开细线 L1,在白纸上记下结点 O 的位置、 和电子秤的示数 F1; (3)如图丙所示,将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平位置上,并将 L1拴在其上,手握电子秤沿着(2)中 L2的方向拉开细线 L2,使 和三根细线的方向与(2)中重合,记录电子秤的示数 F2; (4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F
14、、 F1、 F2的图示,根据平行四边形定则作出F1、 F2的合力 F的图示,若 ,则平行四边形定则得到验证 . 5.用如图 S3-12 甲所示的装置做“验证力的平行四边形定则”实验 .图 S3-12(1)某同学的实验操作如下,请完成相关内容: 在桌面上放一方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上; 用图钉把橡皮条一端固定在 A 点,另一端系上两条细绳,细绳的另一端系有绳套;9 用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使结点到达某一位置 O,记下 O 点的位置,读出两个弹簧测力计的示数,并 ; 按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力 F1和 F2的图示,并用平行四边形定则求出合力 F; 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, ,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力 F的图示 . (2)某次实验中弹簧测力计的示数如图乙所示,则 a、 b 两弹簧测力计的拉力的大小分别为 N、 N. (3)某同学完成“验证力的平行四边形定则”实验操作后得到的数据如图 S3-13 所示,请选好标度后在方框中作图完成该同学未完成的实验处理 .写出得到的实验结论: . 图 S3-13(4)若两个弹簧测力计的读数分别为 3.00N、4 .00N,且两弹簧测力计拉力方向的夹角为锐角,则能不能用一个量程为 5N 的弹簧测力计测出它们的合力?理由是什么?
