《驗證力的平行四邊形定則》

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1、學案 5 實驗三：驗證力的平行四邊形定則 一、實驗目的 1.驗證力的平行四邊形定則。 2.掌握彈簧秤的構(gòu)造、調(diào)節(jié)方法和使用方法。 二、實驗原理 如果兩個互成角度的共點力 F1、 F2作用于橡皮筋的結(jié)點 上，與只用一個力 F作用于橡皮筋的結(jié)點上所產(chǎn)生的效果相 同 (橡皮條在相同方向上伸長相同的長度 )，那么， F就是 F1 和 F2的合力。根據(jù)平行四邊形定則作出兩共點力 F1和 F2的合 力 F的圖示，應與 F等大同向。 三、實驗器材 方木板一塊、白紙、彈簧秤 (兩只 )、橡皮條、細繩套 (兩 個 )、三角板、刻度尺、圖釘 (幾個 )。 3.用兩只彈簧秤分別鉤住細繩套，互成角度地拉 橡皮條，使橡

2、皮條伸長，結(jié)點到達某一位置 O。 (如圖 2-5-1所示，位置 O須處于紙面以內(nèi) ) 四、實驗步驟 1.用圖釘把白紙釘在方木板上。 2.把方木板平放在桌面上，用圖釘把橡皮條的一 端固定在 A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。 (固 定點 A在紙面外 ) 圖 2-5-1 4.用鉛筆描下 O的位置和兩細繩套的方向，并記錄彈簧秤的讀數(shù)。 5.從力的作用點 (位置 O)沿著兩細繩套的方向畫直線，按選定的標 度作出這兩只彈簧秤的拉力 F1和 F2的圖示，并用平行四邊形定則作出 合力 F的圖示。 6.只用一只彈簧秤通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置 O， 記下彈簧秤的讀數(shù)和細繩的方向。用刻度尺從 O點

3、按同樣標度沿記錄 的方向作出這只彈簧秤的拉力 F 的圖示。 7.比較力 F 的圖示與合力 F的圖示，看兩者是否等長、同向。 8.改變兩個力 F1和 F2的大小和夾角，再重復實驗兩次。 五、注意事項 1.不要直接以橡皮條端點為結(jié)點，可拴一短細繩再連兩細繩套，以 三繩交點為結(jié)點，使結(jié)點小些，便于準確地記錄結(jié)點 O的位置。 2.不要用老化的橡皮條，檢查方法是用一個彈簧秤拉橡皮條，要反 復做幾次使橡皮條拉伸到相同的長度看彈簧秤讀數(shù)有無變化。 3.彈簧秤在使用前應水平放置，然后檢查、校正零點。將兩彈簧秤 互相勾著水平拉伸，選擇兩只讀數(shù)完全一致的彈簧秤使用。 4.在同一次實驗中，使橡皮條拉長時結(jié)點 O的位

4、置一定要相同。 5.用兩只彈簧秤鉤住細繩套互成角度地拉橡皮條時，夾角不宜太大， 也不宜太小，以 60100之間為宜。 6.讀數(shù)時應注意使彈簧秤與木板平行，并使細繩套與彈簧秤的軸線 在同一條直線上，避免彈簧秤的外殼與彈簧秤的限位孔之間有摩擦。 讀數(shù)時眼睛要正視彈簧秤的刻度，在合力不超出量程及在橡皮條彈性 限度范圍內(nèi)的前提下，拉力的數(shù)值應盡量大些。 7.細繩套應適當長一些，便于確定力的方向，不要直接 沿細繩套的方向畫直線，應在細繩套末端用鉛筆畫一個點， 取掉細繩套后，再將所標點與 O點連直線確定力的方向。 8.在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同， 并且要恰當選取標度，使所作力的圖示稍大一

5、些。 六、誤差分析 本實驗的誤差主要來自以下五個方面： 1.用描點法記錄的拉力方向不夠準確； 2.所作平行四邊形的對邊不嚴格平行； 3.拉橡皮條時，沒有做到橡皮條及兩細繩套平行于木板， 使在紙上所描下的拉力方向并不是拉力的真實方向； 4.沒有校準彈簧秤的零點，兩只彈簧秤的刻度不準確； 5.彈簧的拉桿與限位孔有摩擦，使彈簧秤讀數(shù)并不能真 實地表示細繩中拉力的大小。 彈簧秤的選取方法是：將兩只彈簧秤 調(diào)零后，互勾水平對拉，若兩只彈簧秤 在對拉的過程中，讀數(shù)相同，則可選用， 若讀數(shù)不同，應另換，直到相同為止。彈簧秤不能 在超出它的測量范圍的情況下使用。使用前要檢查 指針是否指在零刻度線，否則應校正零

6、位。讀數(shù)時 應正對、平視刻度。 【 例 1】 某同學做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，主要步驟是： A.在桌面上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木 板上。 B.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的 A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩， 細繩的另一端系著繩套。 C.用兩個彈簧測力計分別勾住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié) 點到達某一位置 O。記錄下 O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)。 D.按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力 F1和 F2的圖示， 并用平行四邊形定則求出合力 F。 E.只用一個彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計

7、的示 數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力 F的圖示。 F.比較 F和 F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。 上述步驟中 :(1)有重要遺漏的步驟的序號是 _____和 _____； (2)遺漏的內(nèi)容分別是 ____________________和 ________________________________。 據(jù)驗證力的平行四邊形定則的操作規(guī)程可知， 有重要遺漏的步驟的序號是 C、 E。在 C中未記下兩條細繩 的方向。 E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到了同一位置 O。 C E 記下兩條繩的方向 把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置 O 【 例 2】 在探究求合力的方法時，先將橡皮條的一

8、端固定在水平木板上，另一端 系上帶有繩套的兩根細繩。實驗時，需要兩次拉伸橡皮條，一次是通過兩細 繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡 皮條。 (1)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中，下列哪些說法正確的是 _______(填字母 代號 )。 A.將橡皮條拉伸相同長度即可 B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度 C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度 D.將橡皮條和繩的結(jié)點拉到相同位置 (2)同學們在操作過程中有如下議論，其中對減小實驗誤差有益的說法是 _____ (填字母代號 )。 A.兩細繩必須等長 B.彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行 C.用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數(shù)之差

9、應盡可能大 D.拉橡皮條的細繩要長些，標記同一細繩方向的兩點要遠些 (1)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求是兩次拉伸橡皮條的作用效果 要相同，故選項 B、 D正確。 (2)要減小實驗誤差，彈簧秤、細繩、橡皮條都必須與木板平行。用兩彈 簧秤同時拉細繩時，彈簧秤的示數(shù)之差適當大些即可，拉橡皮條的細繩要長 些，標記同一細繩方向的兩點要遠些，故 B、 D正確。 BD BD 1.在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，需要將橡皮條的 一 端固定在水平木板上，另一端系上兩根細繩 (如圖 2-5-2所 示 )。實驗中需用兩個彈簧秤分別鉤住繩套，并互成角度地 拉橡皮條。某同學認為在此過程中必須注意以下幾項： A.兩根細

10、繩必須等長 B.橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同 一直線上 C.在使用彈簧秤時，要注意使彈簧秤 與木板平行 其中正確的是 _____。 (填入相應的 字母 ) C 圖 2-5-2 2.做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，在水平放置的木 板 上鋪一張白紙，把橡皮條的一端固定在板的 A點，橡皮條 的另一端拴上兩細繩套，如圖 2-5-3所示，兩個彈簧測力計 分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條使之伸長，到達某 一位置 O時需記下 __________________、 ______________，描下 __________，再 用一個彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條 拉長，使結(jié)點到達位置 _____，再記

11、下 _____________________________。 彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向 兩彈簧測力計的讀數(shù) 兩細繩的方向 O 結(jié)點位置 O 圖 2-5-3 1.某同學在家中嘗試驗證平行四邊形定則，他找到三條相同的橡皮筋 (遵循 胡克定律 )和若干小重物，以及刻度尺、三角板、鉛筆、細繩、白紙、釘 子，設計了如下實驗：將兩條橡皮筋的一端分別掛在墻上的兩個釘子 A、 B上，另一端與第三條橡皮筋連接，結(jié)點為 O，將第三條橡皮筋的另一端 通過細繩掛一重物，如圖 2-5-4所示。 (1)為完成該實驗，下述操作中必需的是 ________。 a.測量細繩的長度 b.測量橡皮筋的原長 c.測量懸掛重物

12、后橡皮筋的長度 d.記錄懸掛重物后結(jié)點 O的位置 (2)釘子位置固定，欲利用現(xiàn)有器材，改變條件再次 驗證，可采用的方法是 ____________________。 圖 2-5-4 bcd 更換不同的小重物 2.某同學用如圖 2-5-5所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”。 彈簧測力計 A掛于固定點 P，下端用細線掛一重物 M。彈簧測力計 B 的一端用細線系于 O點，手持另一端向左拉，使結(jié)點 O靜止在某位置。 分別讀出彈簧測力計 A和 B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄 O點的位置和拉線的方向。 (1)本實驗用的彈簧測力計示數(shù)的單位為 N，圖中 A的示數(shù)為 ______N。 (2)下

13、列不必要的實驗要求是 ______。 (請?zhí)顚戇x項前對應的字母 ) A.應測量重物 M所受的重力 B.彈簧測力計應在使用前校零 C.拉線方向應與木板平面平行 D.改變拉力，進行多次實驗，每次都 要使 O點靜止在同一位置 (3)某次實驗中，該同學發(fā)現(xiàn)彈簧測力計 A的指針稍稍超出量程，請您提出兩 個解決辦法。 圖 2-5-5 3.6 D 改變彈簧測力計 B拉力的大小； 減小重物 M的質(zhì)量 3.李明同學在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時，利用坐標紙記下了橡皮筋 的 結(jié)點位置 O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小，如圖 2-5-6所示。 (1)試在圖甲所示中作出無實驗誤差情況下 F1和 F2的合力圖示，

14、并用 F表示此力。 (2)有關(guān)此實驗，下列敘述正確的是 ______。 A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋 的拉力大 B.橡皮筋的拉力是合力，兩彈簧測力計的 拉力是分力 C.兩次拉橡皮筋時，需將橡皮筋結(jié)點拉到 同一位置 O。這樣做的目的是保證兩次 彈簧測力計拉力的效果相同 D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點位置不變，只 需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可 (3)圖乙所示是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結(jié)果，其中哪一個實 驗比較符合實驗事實 ?(力 F 是用一只彈簧測力計拉時的圖示 ) 答 :_____________________________ (4)在

15、以上實驗結(jié)果比較符合實驗事實的一位同學中，造成誤差的主要原因是 (至 少寫出兩種情況 ) 答 :________________________________________________________________ _______________________________ 。 圖 2-5-6 AC 張華做的符合實驗事實 F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左。作圖時兩虛線分 別與 F1線和 F2線不嚴格平行。 4.在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，不用彈簧測力計，只用三 根 相同的橡皮條、四個圖釘、直尺、鉛筆、三張白紙、平木板就可以驗 證力的平行四邊形定則，請敘述實驗步

16、驟和方法。 其步驟和方法如下： (1)將三根橡皮條的一端拴在同一個圖釘 O上，將這三根橡皮條的另 一端分別再拴一個圖釘 A、 B、 C，注意此時四個圖釘均未固定在平木 板上； (2)用刻度尺測出橡皮條的自由長度 l0(保持三根橡皮條的 l0相同 )， 注意從釘腳測起； (3)將拴有橡皮條的圖釘 A、 B適當分開釘在木板上，拉第三根橡皮 條，使三根橡皮條互成角度拉伸，待結(jié)點處的圖釘 O靜止時，釘下 C圖 釘，并記錄圖釘 O、 A、 B、 C的位置； (4)測出這三根橡皮條的長度 l1、 l2、 l3，分別算出它們的伸長量 x1=l1-l0， x2=l2-l0， x3=l3-l0； (5)將 x1、 x2、 x3按一定比例用圖示表示出來， 以 x1、 x2為鄰邊作平行四邊形，求出其對角線 OC ， 比較 OC與 x3的長度，若兩者長度相等，且在一條 直線上，則達到了目的，若 OC與 OC有一微小夾 角 ，則有誤差 (如圖所示 )。