物理探究性实验探究合力与分力的关系力的平行四边

《验证力的平行四边形定则》《探究合力与分力之间的关系》一、实验目的1．会用弹簧秤和细线测出力的大小和方向．2．验证互成角度的两个共点力的合成，遵从平行四边形定则(或《探究合力与分力之间的关系》)二、实验原理此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果(即：使橡皮条在某一方向伸长一定的长度)，看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等．如果在实验误差允许范围内相等，就验证了力的平行四边形定则．三、实验器材方木板一块，弹簧秤两个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉(若干)，三角板，刻度尺，铅笔．四、实验步骤①用图钉把一张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板上的A点，把两条细绳套结在橡皮条的另一端．③用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所示)．④用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数．在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示．利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.(或利用刻度尺和三角板作出F1和F2的图示)⑤只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向．按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F′图示．⑥比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等．(或把表示F1、F2、F′的图示的箭头用虚线连接起来，观察分析F′与F1、F2之间的关系，是否构成平行四边形)⑦改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F′是否在实验误差允许的范围内相等．(或观察分析每次F′与F1、F2之间的关系，是否构成平行四边形)五、验证力的平行四边形的注意事项1．不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置．2．不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条，要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化．3．同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变．4．弹簧秤在使用前应将其水平放置，然后检查、校正零点，将两弹簧秤互相钩着水平拉伸．选择两只读数完全一致的弹簧秤使用．5．施拉力时要沿弹簧秤轴线方向，应尽量位于与纸面平行的同一平面内．6．使用弹簧秤时，拉力适当得大一些．7．画力的图示时应选择适当的标度，尽量使图画大一些，要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形，求出合力．六、误差分析1．读数误差：减小读数误差的方法：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刻度，要按有效数字正确读数和记录．2．作图误差：减少作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大.试题精选1、在做“验证力的平行四边形定则”实验时，(1)除已有的器材(方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有__________和__________．(2)要使每次合力与分力产生相同的效果，必须( )A．每次将橡皮条拉到同样的位置B．每次把橡皮条拉直C．每次准确读出弹簧秤的示数D．每次记准细绳的方向(3)为了提高实验的准确性，减小误差，实验中应注意什么？(4)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验结果如图所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置．图中__________是力F1与F2的合力的理论值；________是力F1与F2的合力的实验值．通过把__________和__________进行比较，验证平行四边形定则．2、某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上；B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套；C．用两个弹簧测力计分别钩住绳套，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；D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧测力计，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；F．比较F′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______________．3、在“验证力的平行四边形定则”实验中，除了必要的器材外，只用一只弹簧测力计，能完成本实验吗？如果能，应如何操作？4、在“验证力的平行四边形定则”的实验中，不用弹簧测力计，只用三根相同的橡皮条、四个图钉、直尺、铅笔、三张白纸、平木板就可以验证力的平行四边形定则，请叙述实验步骤和方法．5．图为“探究求合力的方法”的实验装置．(1)下列说法中正确的是( )A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°(2)弹簧测力计的指针如图所示，由图可知拉力的大小为________ N.6．(2009·山东，23)请完成以下两小题．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．(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______________．7.做“验证力的平行四边形定则”的实验，在水平放置的木板上铺一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板的A点，橡皮条的另一端拴上两细绳套，如图所示，两个弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度拉橡皮条使之伸长，到达某一位置O时需记下________、______，描下________，再用一个弹簧测力计钩住细绳套把橡皮条拉长，使结点到达位置________，再记下________．8．如图所示，甲、乙两位同学在“验证力的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果，若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2的等效力，则可以判断________(填“甲”或“乙”)同学的实验结果是符合事实的．9．(2010·毫州模拟)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，如图实所示，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________．10．(2010·天津理综)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11、在“验证力的平行四边形定则”中,采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差（）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12．如图所示，用A、B两个测力计拉橡皮条的D端(O端固定)，当D端达E处时(α＋β＝90°)，然后保持A的读数不变，当α角由图中所示的值逐渐变小时，要使D端仍在E处，可采用的办法是() A．增大B的读数，减小β角B．减小B的读数，减小β角C．减小B的读数，增大β角D．增大B的读数，增大β角参考答案1解析：(1)根据实验器材要求可知，还必须有橡皮条和三角板(用来作平行四边形)；(2)根据实验原理知(2)的正确答案为A ；(3)实验中应注意：①选用弹性小的细绳；②橡皮条、细绳和弹簧秤的轴应在同一平面上，且与板面平行贴近等；(4)F ，F ′，F ，F ′.在本实验中，按照平行四边形定则作出的合力为F 1和F 2的合力的理论值，而用一个弹簧秤拉时测出的力为F 1和F 2的合力的实验值．2答案：(1)CE (2)在C 中未记下两条绳的方向 E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O 解析：据验证力的平行四边形定则的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是C 、E .在C 中未记下两条绳的方向．E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O.3解析：能 主要操作如下：(1)把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连结．另一条细绳用手直接抓住，然后同时拉这两条细绳，使结点至O 点，记下两条绳的方向和弹簧测力计的示数F1.(2)放回橡皮条后，将弹簧测力计连结到另一细绳上，用手再同时拉这两条细绳，使结点至O 点．并使两条细绳位于记录下来的方向上，读出弹簧测力计的示数F 2.其他步骤与提供两弹簧测力计时相同．4解析：其步骤和方法如下：(1)将三根橡皮条的一端拴在同一个图钉O 上，将这三根橡皮条的另一端分别再拴一个图钉A 、B 、C ，注意此时四个图钉均未固定在平木板上；(2)用刻度尺测出橡皮条的自由长度0l (保持三根橡皮条的0l 相同)，注意从图钉脚测起；(3)将拴有橡皮条的图钉A 、B 适当分开钉在木板上，拉第三根橡皮条，使三根橡皮条互成角度拉伸，待结点处的图钉O 静止时，钉下C 图钉，并记录图钉O 、A 、B 、C 的位置；(4)测出这三根橡皮条的长度1l 、2l 、3l ，分别算出它们的伸长量011l l x -=， 022l l x -= 033l l x -=(5)将x 1、x 2、x 3按一定比例用图示表示出来，以x 1、x 2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC ′，比较OC ′与x 3的长度，若两者长度相等，且在一条直线上，则达到了目的，若OC ′与OC 有一微小夹角θ，则有误差(如图所示)．5解析：(1)在测量同一组数据的过程中，橡皮条结点O 的位置不能变化，如果变化，即受力变化，所以A 选项正确；由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O ，定滑轮只能改变力的方向不能改变力的大小，所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向，B 选项错误；弹簧测力计的使用，不能超过其量程，C 选项正确；两个拉力的方向合适即可，不宜太大，也不宜太小，但不一定为90°，所以D 选项错误．(2)考查弹簧测力计的读数．答案：(1)AC (2)4.006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bcd.可以通过改变小重物改变各力的大小．6答案：(1)bcd (2)更换不同的小重物7解析：因验证力的平行四边形定则需根据力的大小和方向做平行四边形，所以必须记录力的大小和方向，为保证合力和分力的效果相同，两次必须使结点到达同一位置．答案：两弹簧测力计的读数两细绳的方向结点位置O O点弹簧测力计的读数和细绳的方向8解析：由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边形定则所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧测力计拉橡皮条时的拉力，显然F′的方向应在细线的方向上，因甲同学F′的方向与细绳在同一直线上，故甲同学是符合事实的．本题解答的焦点在F′的方向的确定上．两位同学的实验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的．答案：甲9解析：作平行四边形合成图如图所示，F1的真实值为F10.合力的真实值为F′，F1为测量值，由图可知，F1的大小比真实值偏大，F1的方向使它与F2的方向夹角比真实值偏大，大于α0.答案：大大10解析：(1)该实验的关键是等效替代，故选B、D. 答案：(1)BD(2)BD11 ABCD12 B。