3.4力的合成实验

3.4实验：探究共点力的合成
一、【实验目的】
探究两个共点力的合成。

二、【实验原理】：
力的平行四边形定则是本实验的原理，由它求出两分力的合力F’再将F’与由实
验求出的F1和F2的合力F进行比较，从而验证平行四边形定则。

三、【实验器材】
木板、图钉、白纸、橡皮筋、弹簧测力计（2 个）、刻度尺、量角器、细绳套（两
个）、细芯铅笔。

四、【实验探究】
下面我们通过实验探究一下两个共点力的合力大小与分力的关系。

1、实验步骤：
2) 用图钉把橡皮条的一端固定在A点上，橡皮条的另一
端拴上两个细绳套。

3) 用两个弹簧秤分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮
条，将节点拉到某一位置 O，如图(1)，记录两弹簧秤的
读数（F1、F2力的大小），用铅笔描下O点位置及此时两条细绳套的方向（力的方向）。

4) 去掉一个测力计，只用一个弹簧秤勾住细绳套，把橡皮条的节点拉到同一位置 O，
记下此时秤的示数F及细绳的方向。

5)取下白纸，用铅笔和刻度尺从O点沿两条细绳方向画直线，按一定比例，用有向
线段在纸上画出F1、F2和F。

以F1和F2为邻边作平行四边形，F1与F2之间的对角线
用F′表示。

6) 比较 F′与 F 的大小和方向（F′与F之间的夹角记为Δθ）。

7) 改变 F1和 F2 的大小和夹角，重复以上实验，将结果填入下列表格中。

表（1）探究力的合成
结论：
(1)、两个或多个分力的作用效果与一个力的作用效果相同。

(2)、两个或多个力的合成遵循平行四边形定则。

(3)、F 和F ′在误差范围内重合。

2、注意事项：
1）弹簧秤选取方法是：将两只弹簧秤调零厚互钩水平对拉，若两只弹簧秤在对拉过程中读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直到相同为止。

2) 实验前，首先检查指针是否在零刻度线上，若不在应校正零位（无法校正的，要记录零误差）。

实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，使用时不能超过弹性限度，读数时应正对、平视刻度，估读到最小刻度的下一位。

3）不要用老化橡皮筋检查方法时用一个弹簧拉橡皮筋，要反复做几次使橡皮筋拉到相同的尺度，看弹簧秤示数有无变化。

4）不要直接以橡皮筋端点为节点。

可拴一细绳连两细绳套，以三绳交点为节点，且节点应小点，以便准确记录O 点位置。

5）细绳套应适当长些，便于确定力的方向，不要直接沿细绳套方向画直线，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 点连线用来确定力的方向。

6）本次实验中，以橡皮条的伸长（节点到达某一位置）来衡量力的
作用效果，因此，在同一次实验中应使两种情况下节点到达同一位
置。

7) 画力的图示时，标度的选取应恰当，要严格按几何作图法求合力。

3、 数据处理及误差分析
F 1 F 2 F’
以F1、F2为邻边作平行四边形，并作出对角线F’与F比较，如右图。

F和F′在误差范围内重合。

本实验的主要误差来源于读数、作图，此外还有弹簧秤本身的误差，因此，首先应检查弹簧秤的零点是否准确，在实验中拉细绳时必须与木板平行，读数时眼睛一定要正对刻度，按有效数字记录示数，作图时要准确，两个分力 F1和 F2间夹角不能太大或太小，要按实验的要求进行操作、读数、作图，即使存在误差，也应该是正常的，不能用数据拼凑使实验非常完美，也不能只用特殊角度而不管其一般性。

【合作探究】
【例题】将下述实验步骤按正确顺序用数字排列应是
_____ 。

(1)在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F.
(2)只用一只弹簧秤，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置.
(3)记下两弹簧秤读数，描出两力的方向.
(4)在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮条的一端固定板上A点，用两条细绳连
接在橡皮条的另一端，通过细绳同时用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与细绳的连接点到达某一位置、并记下此位置.
(5)记下弹簧秤的读数F和细绳方向，按同一比例做出这个力的图示.比较这个实测合力
和按平行四边形法则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相同.
(6)改变两弹簧秤拉力的大小和方向，重做两次实验，从实验得出结论.
【当堂检测】
1.在《探究共点力合成的规律》的实验中，
某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固
定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，
OB与OC为细绳，
（1）图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，则下列说法中正确的是（）
A.图乙中力F是力F1和F2合力的理论值，F′是力F1 和 F2合力的实际测量值
B.图乙中F′是力F1和F2合力的理论值，F是力F1和F2合力的实际测量值
C.在实验中，如果将细绳换成橡皮条，那么对实验结果没有影响
D.在实验中，如果将细绳换成橡皮条，那么对实验结果有较大的影响
（2）本实验采用的科学方法是
A.理想实验法
B.等效替代法
C.控制变量法
D.建立物理模型法
（3）关于本实验，下列说法中错误的是（）
A．同一次实验中，O点位置允许变动
B．画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外C．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间的夹角必须取90°D．实验中，只要记录O点的位置和弹簧测力计的读书
2.在《探究共点力合成的规律》的实验中，采用哪些方法和步骤可以减小实验误差（）
A.两个分力F1、F2间的夹角要适当大些
B.两个分力F1、F2的大小要适当大些
C.拉橡皮条的细绳要稍长一些
D.实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住,平放在桌子上,向相反方向拉动,检查读数是否相同
3.在《共点的两个力的合成》实验中，得到了如图所示的图形，图中P为橡皮条的固定点，O为橡皮条与细线的结点，用两
只弹簧秤和用一只弹簧秤，都将结点拉到O点，
实验中要比较的是图中和两
个力的大小和方向，其中是实验直接测
得的合力，图中是F1、F2合力的理论值
（通过作图得出的）。

通过本实验可以验证___________________________。