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
1. 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)该实验的关键是等效替代，故选B 、D.
答案 (1)BD (2)BD
2．如实图3－1所示，用A 、B 两弹簧测力计拉橡皮条，使其伸
长到O 点⎝
⎛⎭⎫α＋β<π2，现保持A 的读数不变，而使夹角减小，适当调整弹簧测力计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β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 本题重点考查作图法求解力的合成问题，只有规范
作图才能做出正确判断，切忌作图时随意乱画．
“使O 点保持不变”即表明A 、B 拉力的合力的大小和方
实图3－1
向不变，则以O 为圆心，以A 的拉力大小为半径画圆弧如
右图所示，根据平行四边形定则，按题意α减小，可知B
的拉力的大小和方向均发生相应的变化．由图可知B 的拉
力的大小和角度β都将变小，故(1)、(2)均选C.
答案 (1)C (2)C
3. 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3－2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 运用等效思想来验证平行四边形定则，即要验证以两力为平行四边形的邻边，作 平行四边形，其对角线是否和合力相符．本小题中结点受三个力，其中两个力的合力与 第三个力等大反向，故先测出各力的大小和方向，然后作出各力的图示，以两边为邻边 做平行四边形，如果在实验误差范围内平行四边形的对角线与第三个力等大反向，即可 验证．为测量各力的大小故需要记录橡皮筋原长、悬挂重物后的长度以及记录悬挂重物 后O 点位置．故应选b 、c 、d.可以通过改变小重物改变各力的大小．
答案 (1)bcd (2)更换不同的小重物
4．某同学在学完“力的合成”后，想在家里做实验验证力的平行四边形定则．他从学校的实验室里借来两个弹簧秤，按如下步骤进行实验．
A ．在墙上贴一张白纸用来记录弹簧秤弹力的大小和方向
B ．在一个弹簧秤的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧秤的读数F
C ．将一根大约30 cm 长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧秤的挂
钩上．在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧秤的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧秤的示数如图2－5－7甲所示
D ．在白纸上按一定标度作出两个弹簧秤的弹力的图示，如实图3－3乙所示，根据力
的平行四边形定则可求出这两个力的合力F ′ 图3－2
实图3－3
(1)在步骤C 中，弹簧秤的读数为________N.
(2)在步骤D 中，合力F ′＝________N.
(3)若____________________，就可以验证力的平行四边形定则．
解析 (1)弹簧秤读数时需要估读，最终的读数要以有效数字的形式给出，根据图甲弹簧 秤指针的位置，可读出力的大小为3.00 N.
(2)根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在图乙上由已知的两个 力作出平行四边形，测量出平行四边形的对角线的长度，与标度1 N 的长度进行比较， 可求出F ′的大小为(5.2±0.2)N.
(3)若F ′在竖直方向且数值与F 近似相等，则在实验误差允许的范围内可以验证力的平 行四边形定则．
答案 (1)3.00 (2)5.2±0.2 (3)F ′在竖直方向且数值与F 近似相等
5．如实图3－4所示，某实验小组同学利用DIS 实验装
置研究支架上力的分解．A 、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，受
到压力时读数为负．A 连接质量不计的细绳，可沿
固定的板做圆弧形移动．B 固定不动，通过光滑铰
链连接长0.3 m 的杆．将细绳连接在杆右端O
点构成支架．保持杆在水平方向，按如下步骤操作：
①测量绳子与水平杆的夹角∠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.
实图3－4
(1)根据表格数据，A传感器对应的是表中力________(选填“F1”或“F2”)．钩码质量为
________kg(保留一位有效数字)．
(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()．
A．因为事先忘记调零
B．何时调零对实验结果没有影响
C．为了消除横杆自身重力对结果的影响
D．可以完全消除实验的误差
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F1，平衡时，mg＝F1sin θ，当θ＝30°时，F1＝1.001 N，可求得m＝0.05 kg.
(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．
答案(1)F10.05(2)C。