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,第8单元 实验 验证力的平行四边形定则,一、实验目的 验证互成角度的两个力的平行四边形定则 二、实验原理 本实验的研究对象为绳与橡皮条的结点，当用一个力F，与同时用两个共点力F1、F2拉结点，使结点均至O点，说明F的作用效果，可用F1和F2的合作用效果代替，即F应为F1和F2的合力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的大小和方向是否都相同，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,【例1】 在“验证力的平行四边形定则”的实验中所采用的基本原理和研究方法是( ) A理想实验法 B建立物理模型法 C控制变量法 D等效替代法,【解析】 在“探究力的平行四边形定则”实验中要求两次拉橡皮筋的效果相同，故实验采用了等效替代的方法，选项D正确，选项A、B、C错误 【答案】 D,三、实验器材 方木板，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，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F的图示 6比较一下，力F与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同 7改变两弹簧测力计拉力F1和F2的大小和夹角，再重做两次实验,【例2】 在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤 (1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数k53 N/m；,(2)某次实验中，弹簧秤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，请在图中画出这两个共点力的合力F合； (3)由图得到F合_N.,【解析】 (2)2.10(说明：有效数字位数正确，0.02内都可)注意估读，作图时注意选取标度，都从O点沿力的方向按力的大小作出力的图示，如图所示,(3)以这两个力2.10 N和2.50 N，作为平行四边形的两条邻边，作平行四边形，画出对角线，用刻度尺量出平行四边形对角线的长度除以标度，得出F合3.3 N，如图所示 【答案】 (2)2.10(说明：有效数字位数正确，0.02内都可)，见解析图 (3)3.3(说明：0.2内都可),一、实验操作技巧 1在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要相同 2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 3保证合力和分力共面，读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧测力计的外壳和弹簧测力计的限位孔之间有摩擦，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,4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，应在细绳套上相距较远的地方选取两个点，去掉细绳套后，连接两点，即可确定力的方向 5调零后的弹簧测力计以两只互钩对拉，读数相同为选取准则 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,【例1】 (2010天津)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，下列哪些说法是正确的_(填选项字母) 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_(填选项字母) 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,【解析】 (1)本实验的目的是为了验证力的平行四边形定则，即研究合力与分力的关系，根据合力与分力是等效的，本实验橡皮条两次沿相同方向拉伸的长度要相同，故A项错误，B项正确；在白纸上标下第一次橡皮条和绳的结点的位置，第二次将橡皮条和绳的结点拉到相同位置，表明两次效果相同，即两个拉力和一个拉力等效，而弹簧秤不必拉到相同刻度，故C项错误，D项正确,(2)本实验要求共点力同时共面，为了减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，否则，作出的是拉力在纸面上的分力，误差较大，两细绳长度不需要相同， A项错误，B项正确；用两弹簧秤同时拉细绳时弹簧读数没有要求，只要使得两次橡皮条拉伸到一点即可，C项错误；弹簧秤标记同一细绳方向的两点要远些，作图时产生的角度误差会减小，D项正确 【答案】 (1)BD (2)BD,二、实验误差的来源与分析 本实验误差除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差因此，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录；作图时，两个分力F1、F2的对边一定要平行，两个分力间夹角越大，用平行四边形作图得出合力F的误差F就越大，所以，实验中不要把取得太大本实验允许的误差范围是：力的大小F5%F，F与F的夹角7.对于F0、0和F5%F、7的情况要分析原因,【例2】 (原创题)如图所示，是两位同学在研究“验证力的平行四边形定则”时所得到的实验结果，若F的作用效果与F1、F2共同作用效果相同，则尊重实验事实的结果为( ),【解析】 若F的作用效果与F1、F2共同作用效果相同，说明F为实验值，F为理论值，故F一定沿橡皮条方向，选项B、D错误；实验是有误差的，选项C属于假实验数据，凑的数据，选项A更尊重实验事实的结果，可见选项A正确，选项C错误 【答案】 A,【学法指导】 实验必有误差，A图中F与F误差较大的原因可能是，F1的方向比真实值方向偏左，F2的大小比真实值偏小且方向比真实值方向偏左，作图时两虚线不分别与F1线和F2线平行我们要尽量规范操作减小误差误差是不可避免的，千万不要硬凑数据而使实验达到“十全十美”，毫无误差，要尊重客观事实，养成科学的学习与研究态度,一、力的合成的等效性 【例1】 (原创题)在“验证力的平行四边形定则”实验中，除了方木板，白纸，橡皮条，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)等必要的器材外，只用一个弹簧测力计，能完成“互成角度的两个力的合成”的实验吗？如果能，应如何操作？,【解析】 可以用一弹簧秤分先后测定两分力的大小来验证本实验主要操作步骤如下： (1)把两条细线中的一条细线与弹簧秤连接，然后同时拉这两条细线，使结点至O点，记下两条线的方向和弹簧秤的示数F1.,(2)放回橡皮条后，将弹簧秤连接到另一细线上，再同时拉这两条细线，使结点至O点，并使两条细线位于记录下来的方向，读出弹簧秤的示数F2.按选定的标度作出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,(3)放回橡皮条后，将弹簧秤连接到任一细线上，单独拉这条细线，使结点至O点，并记录下来力的方向，读出弹簧秤的示数F，按选定的标度作出F的图示 (4)比较一下，力F与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同 (5)改变分力的大小和夹角，再重做两次实验,【学法指导】 该设计难点突破：“一个弹簧测力计如何起到两个弹簧测力计的作用”体现在迁移能力上就是分次测量，但仍遵循力的合成的等效性，即每次都是将结点拉到同一位置，这是解决本实验的核心,二、力的合成的动态分析 【例2】 如图所示，用A、B两弹簧秤拉橡皮条，使其伸长到O点，现保持A的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧秤B的拉力大小和方向，可使O点保持不变，这时,(1)B的示数应是( ) A一定变大 B一定不变 C一定变小 D变大、不变、变小均有可能 (2)夹角的变化应是( ) A一定变大 B一定不变 C一定变小 D变大、不变、变小均有可能,【解析】 “使O点保持不变”即表明A、B拉力的合力的大小和方向不变，则以O为圆心，以A力大小为半径画圆弧如图所示根据平行四边形定则，按题意减小，可知B的拉力的大小和方向均发生相应的变化由右图可知B的拉力的大小和角度都将变小，故(1)、(2)均选C项 【答案】 (1)C (2)C,【触类旁通】 如图所示，在“验证力的平行四边形定则”这一实验中，两弹簧秤现在的夹角为90，使b弹簧秤从图示位置开始沿箭头方向缓慢转动，在这过程中，保持O点的位置和a弹簧秤的拉伸方向不变，则在整个过程中，关于a、b两弹簧秤示数的变化情况是( ),Aa示数增大，b示数减小 Ba示数减小，b示数增大 Ca示数减小，b示数先增大后减小 Da示数减小，b示数先减小后增大,【解析】 对点O受力分析，受到两个弹簧的拉力和橡皮条的拉力，如图所示，其中橡皮条的拉力大小不变，a弹簧拉力方向不变，b弹簧拉力方向和大小都改变，由图可知a示数减小，b示数增大，故选项A、C、D错误，选项B正确 【答案】 B,【学法指导】 作图法求解力的合成问题，重点是规范作图，规范作图能直观判断出各量的变化关系，切忌作图太随意，将会给解题造成误判的麻烦,
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