實驗三 驗證力的平行四邊形定則 實驗準備實驗目的 1 掌握彈簧測力計的正確使用方法 2 驗證互成角度的兩個力合成的平行四邊形定則 培養(yǎng)用作圖法處理問題的能力 實驗原理 作用效果 作用效果 合力 等效法 使一個力F 的 和兩個力F1 F2的 相同 都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某一固定點 所以力F 就是力F1與F2的 作出力F 的圖示 再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示 比較F和F 的大小和方向是否都相同 實驗器材方木板 彈簧測力計兩個 白紙 橡皮條一段 細繩套兩個 圖釘 若干 三角板 刻度尺 鉛筆 實驗過程 實驗步驟 橡皮條 橡皮條 1 用圖釘把白紙釘在水平桌面上的 上 2 用圖釘把 的一端固定在A點 的另 一端拴上兩個細繩套 彈簧測力計 橡皮條 3 用兩個 分別鉤住細繩套 互成角度地拉橡皮條 使 伸長到某一位置O 如圖S3 1所示 記錄兩個彈簧測力計的 用鉛筆描下 的位置及此時兩 的方向 讀數(shù)F1和F2 O點 方木板 細繩套 圖S3 1 4 只用一個 通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的 記下彈簧測力計的 5 改變兩個力F1與F2的大小和夾角再重復實驗兩次 彈簧測力計 位置O 讀數(shù)F 和細繩的方向 實驗結(jié)論 平行四邊形定則 用 作圖并量出兩個分力的合力與用一個測力計直接測出的合力 在誤差允許范圍內(nèi)是相等的 改變力F1和F2的大小和方向 重做上述實驗 可以得到同樣的結(jié)論 實驗分析注意事項 1 使用彈簧測力計時 應使拉力沿彈簧測力計的軸線方向 橡皮條 彈簧測力計和細繩套應位于與紙面 的同 一平面內(nèi) 平行 2 使用彈簧測力計時 拉力適當 一些 3 同一次實驗中 橡皮條拉長后的 必須保持 不變 即保持作用效果相同 結(jié)點位置O 4 實驗中兩細繩套要長一些 5 畫力的圖示時應該選擇適當?shù)臉硕?盡量使圖畫得大些 6 同一次實驗中標度應該相同 要嚴格按力的圖示要求和幾何作圖法作出平行四邊形 求出合力 大 誤差分析 1 用兩個彈簧測力計拉橡皮條時 橡皮條 細繩套和彈簧測力計不在同一平面內(nèi) 這樣兩個彈簧測力計的水平拉力的實際分力比由作圖法得到的合力要小 造成實驗誤差 2 結(jié)點O的位置和兩個彈簧測力計的方向畫得不準確 造 成作圖誤差 3 兩個分力的起始夾角 太大 如大于120 再重復做兩次實驗 為保證結(jié)點O位置不變 即保證合力不變 則 變化范圍不大 因而彈簧測力計示數(shù)變化不顯著 讀數(shù)誤差較大 4 作圖比例不恰當 不準確等造成作圖誤差 5 彈簧測力計內(nèi)部因操作不當出現(xiàn)摩擦 6 作力的圖示及平行四邊形時不夠準確 基礎檢測 1 本實驗采用的科學方法是 A 理想實驗法B 等效替代法C 控制變量法 D 建立物理模型法答案 B 2 多選 在做 互成角度的兩個力的合成 實驗時 橡皮條的一端固定在木板上 用兩個彈簧測力計把橡皮條的另一端 A 同一實驗過程中 O點位置不允許變動B 實驗中 彈簧測力計必須與木板平行 讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度線C 實驗中 先將其中一個彈簧測力計沿某一方向拉到最大量程 然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧測力計拉力的大小和方向 把橡皮條另一端拉到O點D 實驗中 把橡皮條另一端拉到O點時 兩彈簧測力計之間的夾角應取90 以便于算出合力大小答案 CD 考點1實驗操作考查 典例剖析 例1 2015年廣東陽東一中 廣雅中學聯(lián)考 完成以下 驗 證力的平行四邊形定則 實驗的幾個主要步驟 1 如圖S3 2甲所示 用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長 記下結(jié)點O的位置 兩彈簧測力計的讀數(shù)F1 F2以及 2 如圖乙 用一個彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到 記下細繩套的方向Oc 讀得彈簧測力計的示數(shù)F 3 如圖丙 按選定的標度作出了力F1 F2的圖示 請在圖丙中 a 按同樣的標度作出力F的圖示 b 按力的平行四邊形定則作出F1 F2的合力F 甲 乙 丙 圖S3 2 解析 1 該實驗采用的是 等效替換 用兩只彈簧測力計拉橡皮條時 需記下兩彈簧測力計的示數(shù)和兩細繩套的方向 2 用一只彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O 由彈簧測力計讀出拉力為4 0N 3 根據(jù)力的平行四邊形定則畫出力的圖示 答案 1 兩細繩套的方向 2 O點的位置4 0N 3 如圖S3 3所示 圖S3 3 考點練透 1 如圖S3 4甲所示為 探究求合力的方法 的實驗裝置 圖S3 4 1 下列說法中正確的是 A 在測量同一組數(shù)據(jù)F1 F2和合力F的過程中 橡皮條結(jié)點O的位置不能變化B 彈簧測力計拉細線時 拉力方向必須豎直向下C F1 F2和合力F的大小都不能超過彈簧測力計的量程D 為減小測量誤差 F1 F2方向間夾角應為90 2 彈簧測力計的指針如圖乙所示 由圖可知拉力的大小為 N 答案 1 AC 2 4 0 2 2015年湖南長沙模擬 某同學做 驗證力的平行四邊形定則 的實驗情況如圖S3 5甲所示 其中A為固定橡皮條的圖釘 O為橡皮條與細繩的結(jié)點 OB和OC為細繩 圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖 甲 乙 圖S3 5 1 如果沒有操作失誤 圖乙中的F與F 兩力中 方向一 定沿AO方向的是 2 實驗時 主要的步驟是 A 在桌上放一塊方木板 在方木板上鋪一張白紙 用圖 釘把白紙釘在方木板上 B 用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點 在橡皮條 的另一端拴上兩條細繩 細繩的另一端系著繩套 C 用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套 互成角度地拉橡皮條 使橡皮條伸長 結(jié)點到達某一位置O 記錄下O點的位置 讀出兩個彈簧測力計的示數(shù) D 按選好的標度 用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示 并用平行四邊形定則求出合力F E 只用一個彈簧測力計 通過細繩套拉橡皮條使其伸長 讀出彈簧測力計的示數(shù) 記下細繩的方向 按同一標度作出這個力F 的圖示 F 比較F 和F的大小和方向 看它們是否相同 得出結(jié)論 上述步驟中 有重要遺漏的步驟的序號是 和 遺漏的內(nèi)容分別是 和 答案 1 F 2 CE C中應加上 記下兩條細繩 的方向 E中應說明 把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O 考點2實驗數(shù)據(jù)處理 重點歸納 1 用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩的方向畫直線 按選定的標度作出這兩個彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示 并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形 過O點畫平行四邊形的對角線 此對角線即為合力F的圖示 2 用刻度尺從O點按同樣的標度沿記錄的F 的方向作出 這個彈簧測力計的拉力F 的圖示 3 比較F 和平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向 上是否相同 典例剖析 例2 將橡皮筋的一端固定在A點 另一端拴上兩根細繩 每根細繩分別連著一個量程為5N 最小刻度為0 1N的彈簧測力計 沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計 當橡皮筋的活動端拉到O點時 兩根細繩相互垂直 如圖S3 6所示 這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出 圖S3 6 1 由圖可讀得兩個相互垂直的拉力大小分別為 N 和 N 2 在如圖S3 7所示的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩 個力及它們的合力 圖S3 7 3 圖S3 8中甲 乙兩圖是兩位同學得到的實驗結(jié)果 其中圖符合實際 若合力測量值F 是準確的 則F與F 有誤差的原因可能是 圖S3 8 思維點撥 1 讀數(shù)時要符合有效數(shù)字的要求 2 合理選取標度 作出兩分力 再應用平行四邊形定則作出合力 解析 1 彈簧測力計的最小刻度為0 1N 讀數(shù)時應估讀一 位 所以讀數(shù)分別為2 50N和4 00N 2 取一個小方格的邊長表示0 50N 作出兩個力及它們的 合力如圖S3 9所示 圖S3 9 3 F 是用一個測力計拉橡皮條所得到的 其方向一定在橡皮條所在的直線上 所以乙圖符合實際 誤差的原因主要是彈簧測力計讀數(shù)誤差 確定分力方向不夠準確等原因 答案 1 2 504 00 2 如圖S3 9所示 3 乙 彈簧測力計讀數(shù)誤并 確定分力方向不夠準確 備考策略 實驗數(shù)據(jù)的處理在實驗中占重要的地位 也是高考經(jīng)?？疾榈膬?nèi)容 如研究勻變速直線運動中的逐差法 探究彈簧彈力與形變量的關系中的圖象法 以及本實驗的作圖法 都是要掌握的內(nèi)容 考點練透 3 小明同學在學完力的合成與分解后 想在家里做實驗驗證力的平行四邊形定則 他從學校的實驗室里借來兩只彈簧測力計 按如下步驟進行實驗 甲 乙 圖S3 10A 在墻上貼一張白紙用來記錄彈簧彈力的大小和方向B 在一個彈簧測力計的下端懸掛一裝滿水的水杯 記下靜止時彈簧測力計的讀數(shù)F C 將一根大約30cm長的細線從可懸掛水杯的環(huán)中穿過 再將細線兩端拴在兩個彈簧測力計的掛鉤上 在靠近白紙?zhí)幱檬謱ΨQ地拉開細線 使兩個彈簧測力計的讀數(shù)相等 在白紙上記下細線的方向和彈簧測力計的讀數(shù) 如圖S3 10甲所示D 在白紙上按一定標度作出兩個彈簧測力計的彈力的圖示 如圖乙所示 根據(jù)力的平行四邊形定則可求出這兩個力的合力F 1 在步驟C中 彈簧測力計的讀數(shù)為 N 2 在步驟D中 合力F N 3 若 就可以驗證力的平行四邊形定則 3 F 近似在豎直方向 答案 1 3 00 2 5 8 5 6 6 0 且數(shù)值與F近似相等 4 在 探究求合力的方法 實驗中 現(xiàn)有木板 白紙 圖 釘 橡皮條 細繩套和一個彈簧測力計 1 為完成實驗 某同學另找來一根彈簧 先測量其勁度系 數(shù) 得到的實驗數(shù)據(jù)如下表 請在圖S3 11中畫出圖象 并求得該彈簧的勁度系數(shù)k N m 圖S3 11 2 某次實驗中 彈簧測力計的指針位置如圖S3 12所示 其讀數(shù)為 N 同時利用 1 中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2 50N 請畫出這兩個共點力的合力F合 圖S3 12 3 由 2 畫出的圖得到F合 N 甲 乙 圖S3 13 4 某次實驗中甲 乙兩位同學得到的結(jié)果如圖S3 13所示 其中 同學的實驗結(jié)果比較符合實驗事實 力F 是用一個彈簧測力計拉橡皮條時拉力的圖示 5 在以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學的實驗中 造成誤差的主要原因是 至少寫出兩種情況 答案 1 如圖D14所示 55 2內(nèi)均可 圖D14 如圖D15所示 2 2 10 有效數(shù)字位數(shù)正確 0 02內(nèi)均可 圖D15 3 3 4 0 2內(nèi)均可 5 FC讀數(shù)比真實值偏小 確定力的方向不準 4 甲作圖不準