1、实验二 力的平行四边形定则,基础过关,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.培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。,二、实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F在实验误差允许范围内是否相等。,三、实验器材 方木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两只、三角 板、 刻度尺 、铅笔。 四、实验步骤,1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。,2.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。,3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与 绳的结
2、点伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅 笔描下 O点的位置 及此时两细绳套的 方向 。,4.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 细绳套的方向 。,5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。 五、数据处理,1.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 和三角板作平行四边形,过O点画平行四边形的 对角线 ,此 对 角线 即合力F的图示。,2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测 力计的拉力F的图
3、示。,3.比较F与F是否完全重合或几乎完全重合,从而验证 平行四边形 定则 。 六、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,读数相同。,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60100之间为宜。,4.实验时弹簧测力计应与木板平行,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
4、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。 七、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。,3.两分力F1、F2间的夹角太大,用平行四边形定则作图得出的合力F的 误差F会较大。,考点一 实验原理与实验操作,考点二 实验数据处理与误差分析,考点突破,考点三 实验的拓展与创新,考点一 实验原理与实验操作,例1 (2018苏北四市期中)某同学用如图甲所示的装置研究合力与分力 之间是否遵从平行四边形定则,实验步骤如下:,(1)用图钉把白纸固定在水平的木板上,将橡皮条的一端固定在板上某 点
5、,两个细绳套系在橡皮条的另一端。 (2)用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加水平拉力,把橡皮条与绳套的结点拉到某一位置O,用铅笔在白纸上描下此位置,记 录此时两个弹簧测力计的拉力F1、F2的大小和方向。图中F2为 N(弹 簧测力计的单位为N)。,(3)用一个弹簧测力计拉橡皮条,把橡皮条与绳套的结点拉到 位置, 记录弹簧测力计拉力F的大小和方向。 (4)如图乙,在白纸上已作出F1、F的图示及F2的方向,根据图中标度作出 F2的图示。 (5)以F1、F2为邻边画平行四边形,作出所夹对角线F,比较F和F,如果满,足 ,就可说明合力与分力之间遵从平行四边形定 则。,答案 (2)4.50
6、(3)O (4)见解析图 (5)F和F的大小和方向近似相同,解析 (2)题图中F2为4.50 N。 (3)根据实验原理知,用一个弹簧测力计拉橡皮条,应把橡皮条与绳套的 结点拉到O位置,记录弹簧测力计拉力F的大小和方向。 (4)如图所示,(5)以F1、F2为邻边画平行四边形,作出所夹对角线F,比较F和F,如果满 足F和F的大小和方向近似相同,就可说明合力与分力之间遵从平行四 边形定则。,考点二 实验数据处理与误差分析,例2 (2014江苏单科)小明通过实验验证力的平行四边形定则。 (1)实验记录纸如图1所示,O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置,两弹簧 测力计共同作用时,拉力F1和F2的方向分别过P
7、1和P2点;一个弹簧测力计 拉橡皮筋时,拉力F3的方向过P3点。三个力的大小分别为:F1=3.30 N、F2 =3.85 N和F3=4.25 N。请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力。,图1 (2)仔细分析实验,小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了 变化,影响实验结果。他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长 度,发现读数不相同,于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响。,实验装置如图2所示,将一张白纸固定在竖直放置的木板上,橡皮筋的上 端固定于O点,下端N挂一重物。用与白纸平行的水平力缓慢地移动N, 在白纸上记录下N的轨迹。重复上述过程,再次记录下N的轨迹。,图2 图3,
8、两点,则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为 。,两次实验记录的轨迹如图3所示。过O点作一条直线与轨迹交于a、b,(3)(多选)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有哪些? (填 写选项前的字母)。 A.橡皮筋的长度与受到的拉力成正比 B.两次受到的拉力相同时,橡皮筋第2次的长度较长,C.两次被拉伸到相同长度时,橡皮筋第2次受到的拉力较大 D.两次受到的拉力相同时,拉力越大,橡皮筋两次的长度之差越大 (4)根据小明的上述实验探究,请对验证力的平行四边形定则实验提出,两点注意事项。,答案 (1)如图(F合=4.64.9 N都算对),(2)Fa=Fb (3)BD (4)
9、橡皮筋拉伸不宜过长;选用新橡皮筋。(或:拉力不宜过大;选用弹性,好的橡皮筋;换用弹性好的轻弹簧。),解析 (1)略。(2)分析端点N受力,设橡皮筋与竖直方向间的夹角为,由 平衡条件易得橡皮筋的拉力F=mg/cos ,可见相同时橡皮筋拉力相 同。(3)题图3中ab表示两次拉力相同时橡皮筋的长度之差,易知A错误, B正确;由图中的两轨迹间的距离变化可知,越大时长度差越大,结合F=,mg/cos 知对应的拉力越大,故D正确;因同样拉力下橡皮筋第2次长度较 长,故同样长度下橡皮筋第2次所受拉力较小,C错误。(4)从能在记录纸 上完成实验的角度考虑有:橡皮筋不宜过长,O点位置应靠近木板边缘, 所选标度不
10、能过小或过大等;从能测出拉力及减小相对误差角度考虑,有:拉力不宜过大或过小,两力之间夹角不宜过大或过小等;从能保证两 次测量中力的作用效果相同的角度考虑有:选用新的、弹性好的橡皮筋 或换用弹性好的轻弹簧等。,考点三 实验的拓展与创新,例3 (2019扬州中学月考)有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,每个钩码的质量相等,当系统达到平衡时,根据钩码个 数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3,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=4 B.钩码的个数N1
11、=N3=3,N2=4 C.钩码的个数N1=N2=N3=4 D.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 ( ) 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,你认为图 是正确的。(选填“甲”或“乙”),答案 (1)BCD (2)A (3)甲,解析 (1)实验中的三个力必须满足:|F1-F2|F3F1+F2。因此B、C、D选 项是可以的。 (3)实验中F3是竖直向下的。,在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某小组利用如图
12、甲所示的装 置完成实验,橡皮条的一端C固定在木板上,用两只弹簧测力计把橡皮条 和绳的结点拉到某一确定的O点,然后,用一只弹簧测力计拉橡皮条。,随堂巩固,(1)(多选)下列叙述正确的是 ( ) A.该实验中CO的拉力是合力,AO和BO的拉力是分力 B.两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 C.实验中AO和BO的夹角应尽可能大 D.在实验中,弹簧测力计必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧 测力计的刻度线 E.实验中,只需记录弹簧测力计的读数和O点的位置,(2)对数据处理后得到如图乙所示的图线,则F与F两力中,方向一定沿 CO方向的是 。 (3)本实验采用的科学方法是 。,答案 (1)BD (2)F (3)等效替代法,解析 (1)该实验中CO的拉力与AO和BO的拉力平衡,即CO的拉力与AO 和BO的拉力的合力等大反向,A项错;本实验利用等效替代法验证平行 四边形定则,故两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,B项 对;实验中AO和BO的夹角应适度,C项错;在实验中,弹簧测力计必须保 持与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计的刻度线,D项对;实验中, 需记录弹簧测力计的读数、拉力的方向和O点的位置,E项错。 (2)数据处理时,用平行四边形画出来的是理论值,与橡皮条共线的是实 际值,所以方向一定沿CO方向的是F。,
