步步高实验三-验证力的平行四边形定则.pdf

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步步高实验三-验证力的平行四
边形定则:.
实验三验证力的平行四边形定则

法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四边
形定则.
基本实验要求

互成角度的两个力F、F与另外一个力F′产生
12
相同的效果,看F、F用平行四边形定则求出的
12
合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等.

木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测
力计两个、三角板、刻度尺.

(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上.
(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成
角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一
.
(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方
向,并记录弹簧测力计的读数,利用刻度尺和三
角板根据平行四边形定则求出合力F.
(4)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的
结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧测力计
的读数F′和细绳的方向.
(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F,
看它们在实验误差允许的范围内是否相等.
:.
规律方法总结

(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程
中,读数相同,可选;若不同,应另换或调校,
直至相同为止.
(2)使用时,读数应尽量大些,但不能超出范围.
(3)被测力的方向应与轴线方向一致.
(4)读数时应正对、平视刻度.

(1)位置不变:在同一次实验中,使橡皮条拉长时
结点的位置一定要相同.
(2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成
角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太
大,以60°~100°之间为宜.
(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形
,便于确
定力的方向.
(4)统一标度:在同一次实验中,画力的图示选定
的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图
示稍大一些.

(1)误差来源:除弹簧测力计本身的误差外,还有
读数误差、作图误差等.
(2)减小误差的办法:
①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力
计的刻度盘,要按有效数字位数要求和弹簧测力
:.
计的精度正确读数和记录.
②作图时使用刻度尺,并借助于三角板,使表示
两力的对边一定要平行.
考点一实验原理及实验操作
例1某同学做“验证力的平行四边形定则”的
实验情况如图1甲所示,其中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
.
图1
(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________.




(3)实验时,主要的步骤是:
,在方木板上铺一张白
纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
,
在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端
系着绳套;
,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;
:.
,用铅笔和刻度尺作出两只弹
簧测力计的拉力F和F的图示,并用平行四边
12
形定则求出合力F;
,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;
′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
_________________.
解析(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉
力一定沿AO方向;而两根弹簧测力计拉橡皮条
至O点的拉力,根据平行四边形定则作出两弹簧
测力计拉力的合力,由于误差的存在,不一定沿
AO方向,故一定沿AO方向的是F′.
(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同,
它们的作用效果可以等效替代,故B正确.
(3)①根据“验证力的平行四边形定则”实验的
操作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、
E.
②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同一位置O.
答案(1)F′(2)B(3)①CE②C中应加上“记下两
条细绳的方向”E中应说明“把橡皮条的结点拉
:.
:.
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.
图3
(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______.
...



,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.
答案(1)(2)D(3)见解析
解析(1),所以A
.
(2)本实验利用三力平衡的特点来验证力的平行
四边形定则,即弹簧测力计A、B的拉力的合力
与重物M的重力等大反向,
簧测力计的零点误差影响各拉力的测量值,所以
应在使用前校零,
与木板平面平行,才能保证所研究的各力在同一
平面内,
力的大小和方向以及重物的重力即可验证平行
四边形定则,故没必要使O点静止在同一位置,
:.
答案为D.
(3)弹簧测力计A的指针稍稍超出量程,说明拉弹
簧测力计A的力大了,由平行四边形定则知以下
几种方法可行:①减小弹簧测力计B的拉力;②
减小重物M的质量(或将A更换成较大量程的弹
簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向等).
考点二数据处理及误差分析
例2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点以及两个弹簧测力计拉力的大小,如图4
甲所示.
图4
(1)试在图甲中作出无实验误差情况下F和F的
12
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______.

力大
,两弹簧测力计的拉力
是分力
,需将橡皮筋结点拉到同一

力的效果相同

要保证橡皮筋结点位置不变,只需要调整另一个
弹簧测力计的拉力的大小即可
(3)图乙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′是用一个弹簧测力计拉时的图示)
答:
__________________________________________
______________________________.
解析(1)用平行四边形定则作图,即以F、F为
12
两邻边作平行四边形,对角线就表示合力F.(标
上箭头表明方向)
(2)两分力可以同时大于合力,故A正确;结点受
三个力作用处于平衡状态,其中两弹簧测力计的
拉力的合力与第三个力——橡皮筋的拉力等大
反向,是一对平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,
故B错;只有保证结点在同一位置才能说明作用
效果相同,故C对;若两个分力的大小变化而方
向都不变,则合力必定变化,故D错.
(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线,单
个弹簧测力计的拉力F′一定与橡皮筋共线,故
张华的实验比较符合实验事实.
答案(1)如图所示
(2)AC(3)张华做实验时得到的结果符合实验事实
拓展题组
3.[对数据处理的考查]将橡皮筋的一端固定在A
点,另一端拴上两根细绳,每根细绳分别连着一
个量程为5N、,
沿着两个不同的方向拉弹簧测力计,当橡皮筋的
活动端拉到O点时,两根细绳相互垂直,如图5
.
:.
图5
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别
为______N和______N.
(2)在如图乙所示的方格纸上按作图法的要求画
出这两个力及它们的合力.
答案(1)()()(2)见解析
解析(1),读数时应
估读一位,()和
().
(2),作出两个力
及它们的合力如图所示.
4.[对数据处理的考查]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F=、F=,其位
AB

个弹簧测力计拉着,也把它拉到O点位置,弹簧
测力计的示数为F=,其位置如图所示.
C
图6
(1)用5mm表示1N,在图7中作出力F、F和
AB
F的图示.
C
(2)根据平行四边形定则在图7中作出F和F的
AB
合力F,F的大小为______N.
图7
(3)实验的结果是否能验证平行四边形定则:
:.
______(填“能”或“不能”).
答案(1)见解析图(2)见解析图
(~)(3)能
解析(1)F、F和F的图示如图甲所示.
ABC
(2)根据平行四边形定则作出F和F的合力F,
AB
如图乙所示,量出其长度,对应5mm表示1N可
得F=.
(3)利用平行四边形定则得出的合力与弹簧测力
计的示数F=,在实验误差允许的范围内相
C
等,故实验的结果能验证平行四边形定则.
考点三实验拓展与创新
例3某同学尝试用橡皮筋等器材验证力的平行
四边形定则,他找到两条相同的橡皮筋(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
皮筋的一端与细绳连接,结点为O,细绳下挂一
重物,,
先将一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙上的
钉子A上,另一条橡皮筋任其下垂,如图8甲所
示;再将另一条橡皮筋的另一端的细绳固定在墙
上的钉子B上,如图乙所示.
图8
(1)为完成实验,下述操作中必需的是________.
、b长度要相
同

:.


直方向
′的位置及过结点O′的
竖直方向
(2)对该实验“两条相同的橡皮筋”的要求的理
解正确的是________.


、原长和粗细均要相同
解析(1)首先应明白该实验的实验原理,即用橡皮
筋的伸长量来表示弹力的大小,所以实验中一定
要测橡皮筋的长度,而没必要关心细绳a、b的
长度,选项b和c中的操作是需要的,
为了确保力的合成的等效性,需要题图乙中结点
O′的位置及过结点O′的竖直方向,选项e中
的操作是必需的.
(2)为了能用橡皮筋的伸长量表示弹力大小,满足
F=kx,应让k值相同,即橡皮筋的材料、粗细、
原长均要相同,选项c正确.
答案(1)bce(2)c
拓展题组
5.[实验创新]某同学在家中用三根相同的橡皮筋
(遵循胡克定律)来探究求合力的方法,如图9所
示,三根橡皮筋在O点相互连接,拉长后三个端
点用图钉固定在A、B、,可
:.
以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋
的拉力的大小,并通过OA、OB、OC的方向确
定三个拉力的方向,从而探究求其中任意两个拉
,下列说法正确
的是()
图9

筋的原长
,应选择劲度系数尽量大的橡皮
筋
、OC为两邻边作力的平行四边形,其
对角线必与OA在一条直线上且长度相等

答案AD
解析胡克定律关系式F=kx中的x是橡皮筋的形
变量,实验时应使x适当大些可减小误差,则应
选择劲度系数适当的橡皮筋,故A正确,B错
,故以OB、OC为两邻边
作力的平行四边形时,其对角线不一定与OA在
一条直线上,,不必使O
点固定,D正确.
6.[实验拓展]有同学利用如图10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O,每个钩码的重量相等,当系统达到平衡时,
根据钩码的个数读出三根绳子的拉力F、F
TOATOB
:.
和F,回答下列问题:
TOC
图10
(1)改变钩码的个数,能完成实验的是()
=N=2,N=4
123
=N=3,N=4
132
=N=N=4
123
=3,N=4,N=5
123
(2)在拆下钩码和绳子前,最重要的一个步骤是()
,并记录OA、OB、OC
三段绳子的方向
、OB、OC三段绳子的长度


(3)在作图时,你认为图11中正确的是
________(填“甲”或“乙”).
图11
答案(1)BCD(2)A(3)甲
解析(1)实验中的分力与合力的大小关系必须满
足|F-F|<F<F+F,因此选项B、
TOATOBTOCTOATOB
C、D是可以完成实验的.
(3)实验中F是竖直向下的,拉力F和F
TOCTOATOB
的合力F由于误差不与F等大反向,因此甲
合TOC
正确,乙错误.
7.[实验创新]如图12所示,某实验小组同学利
、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,
质量不计的细绳,
固定不动,

方向,按如下步骤操作:
①测量细绳与水平杆的夹角∠AOB=θ
②对两个传感器进行调零
③用另一根细绳在O点悬挂一个钩码,记录两个
传感器的读数
④取下钩码,移动传感器A改变θ角
重复上述实验步骤,得到表格.

……
1002
1
--

……
65
2
81
150
θ30°60°……
°
图12
(1)根据表格,A传感器对应的是表中力
________(选填“F”或“F”).钩码质量为
12
________kg(结果保留一位有效数字,g=
10m/s2).
(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________.


:.


答案(1)(2)C
1
解析(1)A传感器中的力均为正值,故A传感器对
应的是表中力F,系统平衡时,在竖直方向上
1
mg=Fsinθ,当θ=30°时,F=,可求得
11
m≈.
(2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,目的是为
了消除横杆自身重力对结果的影响,故C正确.