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实验三 验证力的平行四边形定则,实验溯本求源实验热点探究课时巩固训练教师备用习题,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.,平行四边形定则,同一位置,平行四边形定则,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.,橡皮条,刻度尺,2.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.,方向,方向,图S3-1,4.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,此对角线即为合力F的图示. 5.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.,相同,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.,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,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.,图S3-2,(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:.,答案 (1)3.6(2)D(3)减小弹簧测力计B的拉力减小重物M的质量(或将A更换成更大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B的拉力方向等),解析 (1)由图示可知,弹簧测力计A的分度值为0.2 N,其示数为3.6 N.(2)弹簧测力计A和B的示数分别为两细线的拉力的大小,同时画出细线的方向即为拉力的方向.悬挂重物的细线拉力方向确定,但大小未知,所以需要测重物所受的重力,A项必要;弹簧测力计在使用之前必须校零,B项必要;拉线方向必须与木板平面平行,这样才确保力的大小准确,C项必要;该实验中,改变拉力时,只要重物处于平衡状态,两弹簧测力计的拉力的合力就与M的重力等大反向,因此O点不用每次静止在同一位置,D项不必要.(3)若弹簧测力计A的指针稍稍超出其量程,则说明连接弹簧测力计B与重物的两根细线的力的合力已偏大,又由于挂重物的细线的力的方向已确定,所以要么减小重物的质量,要么改变弹簧测力计B拉细线的方向,或减小弹簧测力计B拉力的大小,从而使测力计A的指针不超出量程., 要点总结,实验操作注意事项 (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: a.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;,图S3-3,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)完成实验步骤:;.,(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=4.0 N、FB=3.5 N,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测力计拉到位置O,弹簧测力计的示数为FC=6.0 N, 其位置记录如图S3-4所示.(1)用3 mm表示1 N,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.,图S3-4, 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: (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=4 B.钩码的个数N1=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,图S3-5,(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S3-6,2.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0.3 m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: 测量绳子与水平杆的夹角AOB=; 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;,图S3-7,取下钩码,移动传感器A改变角; 重复上述实验步骤,得到数据见下表. (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10 m/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”,其部分实验操作如下,请完成下列相关内容:a.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;,图S3-8,图S3-9,c.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; e.最后观察比较F和F,得出结论.,图S3-10,4.一同学用电子秤、水壶、细线、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.,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、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. (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;,图S3-12,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: . (4)若两个弹簧测力计的读数分别为3.00 N、 4.00 N,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5 N的弹簧测力计测出 它们的合力?理由是什么?,图S3-13,解析 (1)用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,橡皮条伸长,使结点到达某一位置O,此时需要用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向,并读出两个弹簧测力计的示数.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,此时需要读出弹簧测力计的示数,并记下细绳的方向.(2)两个弹簧测力计的读数分别为2.50 N和4.00 N.(3)如图所示.根据所作的图示可得到的结论是:在误差允许范围内,合力与分力是等效替代的关系,且互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则.(4)不能用一个量程为5 N的弹簧测力计测出它们的合力,因为这两个力的合力会大于5 N,超过弹簧测力计的量程.,1.“探究求合力的方法”的实验装置如图甲所示.,(1)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图甲所示.其中,细绳CO对O点的拉力大小为 N. (2)请将图甲中细绳CO和BO对O点两拉力的合力F合画在图乙上.由图求出合力的大小F合=(保留两位有效数字) N. (3)某同学对弹簧测力计中弹簧的劲度系数是多少很感兴趣,于是,他将刻度尺与弹簧测力计平行放置,如图丙所示,利用读得的数据,他得出了弹簧的劲度系数.那么,该弹簧的劲度系数k= (保留两位有效数字)N/m.,2.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P1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. (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. 两次实验记录的轨迹如图S3-5所示. 过O点作一条直线与轨迹交于a、b 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.,(3)根据(2)中的实验,可以得出的实验结果有(填选项前的字母). 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.,3.在“探究求合力的方法”实验中,现有木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套和一只弹簧测力计. (1)为完成实验,某同学另 找来一根弹簧,先测量其 劲度系数,得到的实验数 据如下表: 请在图S3-8中画出图像,并求得该弹簧 的劲度系数k=N/m.,(2)某次实验中,弹簧测力计的指针位置如图所示,其读数为N; 同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N,请画出这两个共点力的合力F合的图示. (3)由图得到F合= N.,(4)某次实验中甲、乙两位同学得到的结果如图所示,其中同学的实验结果比较符合实验事实.(力F是用一只弹簧测力计拉橡皮条时拉力的图示) (5)在以上实验结果比较符合实验事实的一 位同学的实验中,造成误差的主要原因是: (至少写出两种情况),4.在“验证力的平行四边形定则”实验中: (1)部分实验步骤如下,请完成有关内容. A.将一根橡皮条的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上,另一端绑上两根细线; B.在其中一根细线上挂上5个质量 相等的钩码,使橡皮条拉伸,如图甲 所示,记录:、 ;,
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