第6课时 实验：验证力的平行四边形定则

第6课时实验：验证力的平行四边形定则(对应学生用书第28页)1．掌握弹簧测力计的正确使用方法．2．根据实验的要求，会对给定的实验步骤排序、纠错．3．验证力的平行四边形定则，培养作图法处理问题的能力．

(对应学生用书第28页)一、实验原理一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点；所以力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，与根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示比较，在实验误差允许的范围内，F′和F大小相等、方向相同．二、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(多个)．三、实验步骤1．用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上．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．用两个弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置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个弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，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，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这个弹簧测力计的拉力F′的图示．6．比较力F′与用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．改变两个力F1与F2的大小和夹角，再重复实验两次．四、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勾对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，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．用两只弹簧测力计勾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60°～100°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．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．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．五、误差分析1．弹簧测力计本身的误差．2．读数误差和作图误差．3．两分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作图得出的合力F的误差也越大．

(对应学生用书第28～29页)

对实验原理、实验误差的分析【例1】在做“验证力的平行四边形定则”实验中，若由于F1的误差使F1与F2的合力F方向略向左偏，如图所示，但F大于等于F′，引起这一结果的原因可能是F1的大小比真实值偏________，F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏________．思路点拨：由F′和F2，根据平行四边形定则作出F1的真实值F10，由作出的图判断出F1和F10的关系．解析：作平行四边形合成图如图，F1的真实值为F10.合力的真实值为F′，F1为测量值，合力的测量值为F，由图可知，F1的大小比真实值F10偏大，F1的方向使它与F2的夹角比真实值偏大，大于α0.答案：大大作图法是物理学的重要研究方法之一，也是分析问题的一种方法．在复习过程中要有意识地进行训练．【例2】将橡皮条的一端固定在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、最小刻度为0.1N的弹簧测力计．沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图(甲)所示，这时弹簧测力计的读数可以从图中读出．(1)由图(甲)可读得两个相互垂直的拉力大小分别为______N和______N．(只需读到0.1N)；(2)在图(乙)的虚线方格上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．思路点拨：(1)读弹簧测力计示数时，应注意首先找零刻度，尤其是竖直放置的那个弹簧测力计是倒置的，它的零刻度在下方．(2)作图时要首先定好坐标，先画出两个力的图示，再根据力的平行四边形定则作出合力．实验数据处理的考查解析：(1)由图读出水平方向弹簧测力计的示数为4.0N，竖直方向弹簧测力计的示数为2.5N.(2)作图如图所示．答案：(1)4.0

2.5

(2)见解析注意弹簧测力计的最小刻度和量程，按题目要求或有效数字规则进行读数，才能得到正确的测量结果；认真作图是得到正确结果的保证，应恰当选取合适的标度．实验创新【例3】(2009年山东卷)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________________________________________________________________________．解析：(1)三条相同的橡皮筋，具有相同的劲度系数，故三条橡皮筋的形变量的大小关系代表了三条橡皮筋承受的力的大小，故必需b、c项．A、B两点固定，O点的位置则决定了三个力的方向(因绳中的力恒沿绳的方向)，故必需d项．(2)最简便的方法是：更换不同的小重物．若没有“钉子位置固定”的话，改变A、B钉的位置亦可．答案：(1)b、c、d

(2)更换不同的小重物等效替代法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思想方法，它是物理实验的一种重要方法．

(对应学生用书第29页)(2010年天津卷，9(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合力与分力为等效替代关系，实验中力的效果是使橡皮条发生形变，两次橡皮条形变大小和方向相同则效果相同，所以BD正确．②实验中细绳的作用是用来确定弹簧秤的拉力方向，两绳是否等长不会影响测量结果，所以A错误；要减小实验误差，弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行，B正确；用两弹簧秤同时拉细绳时，要求两弹簧秤示数不要太大(以防合力大于弹簧秤量程)、也不要太小(减小相对误差)，对二者示数之差无特别要求，故C错误；通过细绳记录力的方向时，不可避免的存在误差．两标记点适当远些，可减小方向误差，D正确．答案：①BD

②BD本题考查验证力的平行四边形定则，应关注实验原理及操作注意事项．

(对应学生用书第223页)【测控导航】考点题号1.实验原理1、22.实验操作及数据处理3、4、51.(2010年长沙模拟)在“验证力的平行四边形定则”中，用两只弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使它伸长到某一位置O，此时必须记录的是________(填字母代号)．A．O点的位置B．橡皮条固定端位置C．两只弹簧测力计的读数D．两条细绳套之间的夹角E．两条细绳套的方向F．橡皮条的伸长长度答案：ACE2．(2010年上海市模拟)在做“互成角度的两个力的合成”的演示实验中，下列叙述中正确的是(

AC

)A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大B．若橡皮条的拉力是合力，则两弹簧测力计的拉力是分力C．两次拉橡皮条时，需将橡皮条拉到同一位置，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉的效果相同D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小，而又要保证橡皮条结点的位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可解析：当两弹簧测力计夹角较大时，合力小于弹簧测力计的拉力大小，即两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮条的拉力大，A正确；若橡皮条的拉力是合力，则其两个分力与两弹簧测力计的拉力平衡，B错误；实验效果是指橡皮条的形变大小和方向，将橡皮条拉到同一位置，则两次弹簧测力计拉的效果相同，所以C正确；只增大某一只弹簧测力计的拉力大小，而合力不变，则另一只弹簧测力计拉力的方向一定变化，故D错误．3．(1)某同学做“互成角度的两个力合成”实验时得出如图所示的结果(图中F′与O共线)，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳套的结点，图中________是F1和F2合力的理论值，图中________是F1和F2合力的实验值，通过本实验可验证____________．(2)在“互成角度的两个力合成”实验中，用A、B两只弹簧测力计把橡皮条上的结点拉到某一位置O，这时AO、BO间夹角∠AOB<90°，如图所示，现改变弹簧测力计A的拉力方向，使α角减小，但不改变它的拉力大小，那么要使结点仍被拉到O点，就应调节弹簧测力计B的拉力大小及β角，在下列调整方法中，哪些是可行的________．A．增大B的拉力，增大β角B．B的拉力大小不变，减小β角C．增大B的拉力，减小β角D．B的拉力大小不变，增大β角

解析：(1)图中F为以F1、F2为邻边，利用平行四边形定则求出的理论值，F′为F1、F2合力的实验值．(2)当弹簧测力计A的大小不变，α角减小时，则垂直橡皮条方向分力增加，沿橡皮条方向分力减小．要使结点位置不变，则在垂直橡皮条方向合力为零，沿橡皮条方向两弹簧测力计拉力合力不变，故可行的调整方法为AC项．答案：(1)F

F′互成角度的两个力合成遵循平行四边形定则(2)AC4．在“验证力的平行四边形定则”实验中，将橡皮条的一端固定在竖直放置的木板上，另一端系上两根细绳OA、OB，O为两细绳与橡皮条的结点，细绳OA跨过钉在木板上的光滑的钉子C，下端挂重力已知的钩码，细绳OB用一个弹簧测力计勾住，如图所示，可以通过改变钩码的个数和弹簧测力计的拉力调整橡皮条与两细绳的结点O的位置．(1)某同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的是(

CD

)A．两细绳的夹角必须成90°，以便于算出两细绳的合力B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D．只用弹簧测力计通过细绳拉橡皮条时结点O达到的位置应与钩码、弹簧测力计同时拉时相同(2)图中OC与橡皮条延长线的夹角为α，细绳OB与橡皮条延长线的夹角为β，且α＋β>90°，下列操作正确的是(

BD

)A．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应减小β，同时减小弹簧测力计的拉力B．增加钩码个数后，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力C．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力D．保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，为使结点位置不变，应减小β，同时增大弹簧测力计的拉力解析：(1)两细绳的夹角不一定成90°，两分力不一定相等，因此橡皮条不一定与两绳夹角的平分线在同一直线上．(2)增加钩码个数后，结点向左下移，要使结点还在原位，若减小β，同时减小弹簧测力计的拉力会使结点偏离更远；应增大β，同时增大弹簧测力计的拉力；保持钩码个数不变，将钉子向左移动一些，即OC方向上的力大小不变，使力的方向顺时针转动，为使结点位置不变，由于α＋β>90°，从图可以看出，β肯定减小，F2肯定增大．B、D正确．F11.0010.580…1.002…F2－0.868－0.291…0.865…θ30°60°