高中物理实验：验证力的平行四边形定则.docx

一、实验目的(1)练习用作图法求两个力的合力。(2)验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则。二、实验原理(1)若用一个力F或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉至相同长度，即力F与F1、F2的共同作用效果相同，那么F为F1、F2的合力。(2)用弹簧测力计分别测出F和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。(3)比较F与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明平行四边形定则的正确性。三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(若干)。四、实验步骤(1)用图钉把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A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。(3)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图1所示，记录两弹簧测力计的读数（表示力的大小），用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向（表示力的方向）。(4)用铅笔和刻度尺从结点O沿两细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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)只用一只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只弹簧测力计的拉力F的图示。(6)比较力F与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。五、误差分析1误差来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。2减小误差的办法(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板，使表示两力的对边一定要平行。(3)因两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形定则作出的合力F的误差F就越大，所以，实验中不要把取得太大，但也不宜太小，以60°120°之间为宜。六、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)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。(保证作用效果相同)(3)不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化。(4)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点连直线确定力的方向。(5)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。(6)用两个弹簧测力计勾住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°到120°之间为宜。例1将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计，每个沿着不同的方向拉弹簧测力计。当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示。这时弹簧测力计读数可从图中读出。(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为_ N和_ N。(2)在下图中的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。（1）两弹簧测力计的读数分别为4.00 N和2.50 N，作出合力如下图所示。（2）例题2：（2015山东理综）某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则实验步骤如下：将弹簧秤固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧秤的秤钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧秤示数为某一设定值时，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧秤的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)每次将弹簧秤示数改变0.50N，测出所对应的L，部分数据如下表所示：找出中F2.50 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O，橡皮筋的拉力记为FOO.在秤钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在秤钩上，如图乙所示用两圆珠笔尖成适当角度同时拉橡皮筋的两端，使秤钩的下端达到O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB完成下列作图和填空：(1)利用表中数据在图丙中画出Fl图线，根据图线求得L0_cm(2)测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N.(3)在图丁中根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F的图示(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论参考答案：(1)如解析图甲所示10.0(9.8、9.9、10.1均正确)(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如解析图乙所示(4)FOO解析：(1)如图甲所示，由图象知图线与横轴交点横坐标即弹簧原长，故l010.0 cm.(2)由图象知橡皮筋的劲度系数k50.0 N/m，OA、OB的长度之和是13.60 cm，原长10 cm，则形变量x3.60 cm，所以弹力Tkx1.80 N.(3)合力F的图示如图乙所示(4)橡皮筋搭在秤钩上拉至O点和把橡皮筋挂在秤钩上拉至O点效果相同，F应与FOO比较点评：画完图后，必须比较F、F'，理论上两者应该重合，但实验总有误差，如果两者夹角比较小（5°以内），那就应该下结论：在误差允许的范围内，平行四边形定则成立。同时进行误差分析。