实验二验证力的平行四边形定则.ppt

一、实验目的 1学会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方向 2运用力的图示法验证互成角度的两个共点力合成时遵 从平行四边形定则 二、实验原理 使一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果相同，都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以一个力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,三、实验器材 弹簧测力计两个、方木板、白纸、橡皮条、细绳(两个)、刻度尺、三角板、图钉(若干) 四、实验操作 1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，橡皮条的另一端通 过细绳拴上两个绳套,(3)用两个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，如图实21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的方向 (4)只用一个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的方向 (5)改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复实验两次,图实21,2数据处理 (1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选 定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力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,(2)用刻度尺从O点按同样的标度，沿记录的方向作出用一 个弹簧测力计拉动时的拉力F的力的图示 (3)比较力F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方 向，看它们在允许的实验误差范围之内是否相同 口诀：白纸钉在木板处，两秤同拉有角度，读数画线选标 度，再用一秤拉同处，作出力的矢量图,五、注意事项 1同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹 簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选用；若读数不同应矫正弹簧测力计或另换，直至相同为止 2在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要 相同,3用两只弹簧测力计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，在60100之间为宜 4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与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦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，拉力的数值应尽量大些,5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，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即可确定力的方向 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,六、误差分析 1读数误差 减小读数误差的方法：选择相同的弹簧测力计并调整好 零刻度；弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录 2作图误差 减小作图误差的方法：作图时两力的对边一定平行两个分力F1、F2间的夹角越大，作出的合力F的误差F就越大，因此，实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大,例1 (2010天津高考)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,解析 (1)两次拉伸橡皮条要求效果相同，即等效力的方向和大小相同，将橡皮条沿相同方向拉到相同长度或使橡皮条和绳的结点拉到相同位置，BD项对 (2)两细绳方向为两分力的方向，两细绳长些利于实验操作，不一定要求两细绳等长，A项错弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，避免力在竖直方向上有分力，以减小实验误差，B项对，如果两弹簧秤示数之差过大，画平行四边形时两组对边的长度相差太多，不利于减小实验误差，C项错标记同一细绳方向的两点要远些，利于确定力的方向，D项对,答案 (1)BD (2)BD,例2 某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，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，如图实22(a)所示,图实22,(1)试在图(a)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(b)所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中比较符合实验事实的是_(力F是用一只弹簧测力计拉时的图示) (4)在以上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)_ _.,图实23,解析 (1)如图实23所示 (2)两弹簧测力计的拉力与橡皮条的拉 力的合力为零，它们之间不是合力与 分力的关系，B错误；结点位置不变， 合力不变，当一只弹簧测力计的拉力 大小改变时，另一弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D错误；正确的选项只有A、C.,(3)用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮条拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮条拉力一定在同一直线上，故甲符合实验事实 (4)F1的方向比真实方向偏左；F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；作图时两虚线不分别与F1线和F2线平行,答案 (1)见解析 (2)AC (3)甲 (4)见解析,例3 在课外活动小组进行研究性学习的过程中，某研究小组设计了一个实验来验证力的平行四边形定则，其设计方案为：用三根相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来验证力的平行四边形定则其步骤如下：,将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条，使三根像皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置和图钉A、B、C的位置 将x1、x2、x3按一定比例图示表示出来，以x1、x2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC，比较OC与OC的长度(即x3的长度)及方向，若相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC与OC有一微小夹角，则有误差(如图实24所示)：,图实24,测出此时这三根橡皮条的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量x1L1L0，x2L2L0，x3L3L0. 将三根橡皮条的一端都拴在一个图钉O上，将这三根橡皮条的另一端分别拴上图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上 用刻度尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起,(1)请你确定该研究小组的实验步骤的顺序是_ (2)对于本实验下列论述中正确的是_,A实验中用到了图钉O受到三个共面共点力而静止，任意两 个力的合力与第三个力大小相等、方向相反的原理，使合 力和分力在一次实验中全部出现，从而简化了实验的过程 B实验中用到了胡克定律，简化了力的测量，可以不用弹簧 测力计就完成实验 C由于实验中总有OC与OC的微小夹角，故实验有误差， 该方法不可取 D三根橡皮条不能做到粗细、长短完全相同，是该实验的主 要误差来源之一,解析 (1)该实验的过程中应该首先将三根橡皮条拴在图钉上，这样便于测橡皮条的原长，之后就要固定两个图钉拉第三个图钉到适当的位置进行实验，把第三个图钉也固定好后就可测每根橡皮条的长度并计算出伸长量，最后按照胡克定律转换成力作出力的图示进行实验研究，所以正确的实验步骤是.,(2)该实验的关键是应用三个共点力平衡的推论进行实验原理的改进，应用胡克定律将测量力的大小转换为测橡皮条的长度，所以选项A、B都正确；任何实验都有误差，误差是不可避免的，不能