1、实验3验证力的平行四边形定则,-2-,一、实验目的1.验证力的平行四边形定则。2.理解等效替代思想的应用。二、实验原理1.等效法: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,所以一个力F就是这两个力F1和F2的合力,作出力F的图示,如图所示。2.平行四边形法:根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,如图所示。3.验证:比较F和F的大小和方向是否相同,若在误差允许的范围内相同,则验证了力的平行四边形定则。,-3-,三、实验器材木板、白纸、弹簧测力计(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
2、水平桌面上的木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。,-4-,3.用两只弹簧测力计a、b分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置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的方向。4.只用一只弹簧测力计c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,再重做实验两次。,-5-,五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出a、b这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,过
3、O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力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c的拉力F的图示。3.比较F与F是否完全重合或几乎重合,从而验证平行四边形定则。,-6-,六、误差分析1.系统误差:弹簧测力计本身不够准确造成的误差,为此要选择比较准确的弹簧测力计。2.偶然误差:弹簧测力计读数和作图造成偶然误差,需要多做几次实验,并且使两分力F1、F2的夹角适当大些。3.减小误差的办法:(1)实验过程中读数时视线要垂直弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行。,-7-,七、注
4、意事项1.使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度处,要设法调整使其指在零刻度处;再将两只弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,如果两个示数相同方可使用。2.实验中的两个细绳套不要太短。3.在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.用两只弹簧测力计钩住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。5.在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。要防止弹簧测力计卡壳,防止弹簧测力计或橡皮条与纸面有摩擦。6.在同一实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要
5、恰当选定标度,使力的图示稍大一些。,-8-,考点一,考点二,考点三,实验原理与操作例1(2016湖南长沙模拟)某同学做验证力的平行四边形定则的实验,如图甲所示,A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。,-9-,考点一,考点二,考点三,(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F两力中,方向一定沿AO方向的是。(2)本实验采用的科学方法是。A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法(3)实验时,主要的步骤:A.在桌上放一块木板,在木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在木板上;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
6、一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套;C.用两只弹簧测力计分别钩住绳套,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,读出两只弹簧测力计的示数;,-10-,考点一,考点二,考点三,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.只用一只弹簧测力计,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。上述步骤中,有重要遗漏的步骤的序号是和;遗漏的内容分别是和。,答案,解析,-11-,考点一,考点二,考点三,规律总
7、结操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。,-12-,考点一,考点二,考点三,数据处理与误差分析例2某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则。实验步骤:将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上,使其轴线沿竖直方向。如图甲所示,将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上,另一端用圆珠笔尖沿竖直方向下拉,直到弹簧测力计示数为某一设定值时,将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2,记录弹簧测力计的示数F,测量并记录O1、O
8、2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计示数改变0.50 N,测出所对应的l,部分数据如下表所示:,-13-,考点一,考点二,考点三,-14-,考点一,考点二,考点三,找出中F=2.50 N时橡皮筋两端的位置,重新标记为O、O,橡皮筋的拉力记为FO O。在挂钩上涂抹少许润滑油,将橡皮筋搭在挂钩上,如图乙所示。用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端,使挂钩的下端达到O点,将两笔尖的位置标记为A、B,橡皮筋OA段的拉力记为FOA,OB段的拉力记为FOB。,-15-,考点一,考点二,考点三,完成下列作图和填空:(1)利用表中数据在图丙所示的坐标纸上画出F-l图线,根据图线求得l0= cm。
9、,丙(2)测得OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则FOA的大小为 N。,-16-,考点一,考点二,考点三,(3)根据给出的标度,在图丁中作出FOA和FOB的合力F的图示。丁(4)通过比较F与的大小和方向,即可得出实验结论。,-17-,考点一,考点二,考点三,解析： (1)作出F-l图线,由F=k(l-l0)可得,直线与横轴的截距即为l0,由图可知,l0=10.0 cm。(2)由题干表格可知,F=1.50 N时,l=13.00 cm,则弹簧的劲度系数k= =50 N/m;若OA=6.00 cm,OB=7.60 cm,则橡皮筋拉力FOA=kL=50(6.00+7.60-10.00)10-
10、2 N=1.80 N。(3)见答案(4)由图可知F为作图法所得到的合力,FOO为真实合力,F与FOO不完全重合,存在一定误差,但在误差允许范围内,可得出实验结论。,-18-,考点一,考点二,考点三,答案： (1)如图甲所示;10.0(9.8、9.9、10.1均正确)。(2)1.80(1.701.90均正确)。(3)如图乙所示。(4)FOO。,甲,-19-,考点一,考点二,考点三,规律总结1.数据处理作图法在探究求合力的方法实验中,由作图法得到的合力F与实际测量得到的合力F不可能完全重合,只要在误差范围内可以认为合力F与合力F重合,即可验证平行四边形定则,如图所示。2.误差分析(1)用两个弹簧测
11、力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计不在同一个平面内,这样得到的两个弹簧测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力要小。(2)结点O的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准,造成作图的误差。(3)作图比例不恰当造成作图误差。,-20-,考点一,考点二,考点三,实验的改进与创新本实验一般是在教材实验原理的基础上,以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件,或通过改变实验条件、实验仪器设置题目。因此要在教材实验的基础上注重器材变化后对分力和合力的分析判断能力的培养,要善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。,-21-,考点一,考点二,考点三,1.实验器材的变化如图,2.分力和合力的变化(1
12、)分力的获得:弹簧测力计的拉力钩码的重力。(2)合力的获得:弹簧测力计的拉力重物的重力钩码的重力。,-22-,考点一,考点二,考点三,例3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,每个钩码的重力相等,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)改变钩码个数,实验能完成的是(填正确答案标号)。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,-23-,考点一,考点二,考点三,(
13、2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是(填正确答案标号)。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,你认为下图中(选填“甲”或“乙”)是正确的。,答案,解析,-24-,考点一,考点二,考点三,例4图甲是验证力的平行四边形定则的实验装置。实验操作如下:,-25-,考点一,考点二,考点三,(1)弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M,测量,并记录为F。(2)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(如图所示),此时需记下结点O的
14、位置和两测力计的示数F1、F2以及。(3)某同学已在图乙纸上作出了F1、F2的图示,请根据力的平行四边形定则作出F1、F2的合力F。(4)改变两细线的夹角,重复做实验几次。若F的方向近似在方向上,且大小近似等于F,则平行四边形定则得以验证。,答案,-26-,1,2,1.某同学在做验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则实验时,把橡皮条的一端用图钉固定于P点,同时用两只弹簧测力计将橡皮条的另一端拉到位置O,这时两只弹簧测力计的示数分别为FA=3.5 N、FB=4.0 N,其位置记录如图甲所示。若橡皮条的活动端仅用一只弹簧测力计拉着,也把它拉到O点位置,弹簧测力计的示数为FC=6.0 N。,-27-,1,2,(1)用5 mm表示1 N,在图乙中作出力FA、FB和FC的图示。(2)根据平行四边形定则在图乙中作出FA和FB的合力F,F的大小为 N。(3)实验的结果是否能验证平行四边形定则?
