《验证力的平行四边形定则》

学案 5 实验三：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 )。 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 2-5-1所示，位置 O须处于纸面以内 ) 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 ) 图 2-5-1 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 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 60100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。 弹簧秤的选取方法是：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。弹簧秤不能 在超出它的测量范围的情况下使用。使用前要检查 指针是否指在零刻度线，否则应校正零位。读数时 应正对、平视刻度。 【 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。 上述步骤中 :(1)有重要遗漏的步骤的序号是 _和 _； (2)遗漏的内容分别是 _和 _。 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。 C E 记下两条绳的方向 把橡皮条的结点拉到同一位置 O 【 例 2】 在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端 系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细 绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡 皮条。 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法正确的是 _(填字母 代号 )。 A.将橡皮条拉伸相同长度即可 B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 (2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是 _ (填字母代号 )。 A.两细绳必须等长 B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行 C.用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D.拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求是两次拉伸橡皮条的作用效果 要相同，故选项 B、 D正确。 (2)要减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都必须与木板平行。用两弹 簧秤同时拉细绳时，弹簧秤的示数之差适当大些即可，拉橡皮条的细绳要长 些，标记同一细绳方向的两点要远些，故 B、 D正确。 BD BD 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 2-5-2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 2-5-2 2.做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木 板 上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在板的 A点，橡皮条 的另一端拴上两细绳套，如图 2-5-3所示，两个弹簧测力计 分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使之伸长，到达某 一位置 O时需记下 _、 _，描下 _，再 用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条 拉长，使结点到达位置 _，再记下 _。 弹簧测力计的读数和细绳的方向 两弹簧测力计的读数 两细绳的方向 O 结点位置 O 图 2-5-3 1.某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋 (遵循 胡克定律 )和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉 子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A、 B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为 O，将第三条橡皮筋的另一端 通过细绳挂一重物，如图 2-5-4所示。 (1)为完成该实验，下述操作中必需的是 _。 a.测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点 O的位置 (2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次 验证，可采用的方法是 _。 图 2-5-4 bcd 更换不同的小重物 2.某同学用如图 2-5-5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。 (2)下列不必要的实验要求是 _。 (请填写选项前对应的字母 ) 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，请您提出两 个解决办法。 图 2-5-5 3.6 D 改变弹簧测力计 B拉力的大小； 减小重物 M的质量 3.李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋 的 结点位置 O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图 2-5-6所示。 (1)试在图甲所示中作出无实验误差情况下 F1和 F2的合力图示，并用 F表示此力。 (2)有关此实验，下列叙述正确的是 _。 A.两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋 的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的 拉力是分力 C.两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到 同一位置 O。这样做的目的是保证两次 弹簧测力计拉力的效果相同 D.若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只 需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可 (3)图乙所示是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实 验比较符合实验事实 ?(力 F 是用一只弹簧测力计拉时的图示 ) 答 :_ (4)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是 (至 少写出两种情况 ) 答 :_ _ 。 图 2-5-6 AC 张华做的符合实验事实 F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左。作图时两虚线分 别与 F1线和 F2线不严格平行。 4.在“验证力的平行四边形定则”的实验中，不用弹簧测力计，只用三 根 相同的橡皮条、四个图钉、直尺、铅笔、三张白纸、平木板就可以验 证力的平行四边形定则，请叙述实验步骤和方法。 其步骤和方法如下： (1)将三根橡皮条的一端拴在同一个图钉 O上，将这三根橡皮条的另 一端分别再拴一个图钉 A、 B、 C，注意此时四个图钉均未固定在平木 板上； (2)用刻度尺测出橡皮条的自由长度 l0(保持三根橡皮条的 l0相同 )， 注意从钉脚测起； (3)将拴有橡皮条的图钉 A、 B适当分开钉在木板上，拉第三根橡皮 条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉 O静止时，钉下 C图 钉，并记录图钉 O、 A、 B、 C的位置； (4)测出这三根橡皮条的长度 l1、 l2、 l3，分别算出它们的伸长量 x1=l1-l0， x2=l2-l0， x3=l3-l0； (5)将 x1、 x2、 x3按一定比例用图示表示出来， 以 x1、 x2为邻边作平行四边形，求出其对角线 OC ， 比较 OC与 x3的长度，若两者长度相等，且在一条 直线上，则达到了目的，若 OC与 OC有一微小夹 角 ，则有误差 (如图所示 )。