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1、实验 03 探究力的平行四边形定则 (对应学生用书 P32)一、实验目的 1 掌握弹簧测力计的正确使用方法 2 验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则 二、实验原理 互成角度的两个力与一个力产生相同的效果，看它们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 三、实验器材 木板、白纸、图钉若干，橡皮条、细绳、弹簧秤两个、三角板、刻度尺 四、实验步骤 1 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上 2 用两个弹簧秤分别钩拉两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O 3 用铅笔描下结点O的位置和两条细绳的方向，并记录弹簧秤的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四
2、边形定则求出合力F 4 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F和细绳的方向 5 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 某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图 图甲 图乙(1)如果没有操作失误，图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_(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)实验时，主要的步骤是：A 在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张
3、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个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E 只用一个弹簧测力计，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：有重要遗漏的步骤的序号是_和_；遗漏的内容分别是_和
4、_ 解析：(1)由一个弹簧测力计拉橡皮条至O点的拉力一定沿AO方向；而根据平行四边形定则作出的合力，由于误差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F.(2)一个力的作用效果与两个力的作用效果相同，它们的作用效果可以等效替代，故 B 正确(3)根据“验证力的平行四边形定则”实验的操作规程可知，有重要遗漏的步骤的序号是 C、E.在 C 中未记下两条细绳的方向，E 中未说明是否把橡皮条的结点拉到同一位置O 答案：(1)F(2)B(3)C E C 中应加上“记下两条细绳的方向”E 中应说明“把橡皮条的结点拉到同一位置O”一、弹簧测力计的使用 1将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同
5、，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止 2使用时，读数应尽量大些，但不能超出范围 3 被测力的方向应与轴线方向一致 4 读数时应正对、平视刻度 二、注意事项 1位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同 2角度合适：用两个弹簧测力计钩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 60100之间为宜 3 在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些，细绳套应适当长一些，便于确定力的方向 4 统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些 三、误差分析 1误差除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差
6、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 (2017全国卷)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x轴，纵轴为y轴，最小刻度表示 1 mm)的纸贴在水平桌面上，如图(a)所示 将橡皮筋的一端Q固定在y轴上的B点(位于图示部分之外)，另一端P位于y轴上的A点时，橡皮筋处于原长(1)用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出测力计的示数如图(b)所示，F的大小为_N(2)撤去(1)中的拉力，橡
7、皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F14.2 N和F25.6 N(i)用 5 mm 长度的线段表示 1 N 的力，以O为作用点，在图(a)中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合 (ii)F合的大小_N，F合与拉力F的夹角的正切值为_ 若F合与拉力F的大小及方向的偏差均在实验所允许的误差范围之内，则该实验验证了力的平行四边形定则 解析：(1)如题给测力计示数可知，读数为 4.0 N(2)作力F1、F2的图示，作出合力F合，F合长为 20 mm，所以
8、F合大小为 4.0 N，F合与拉力F的夹角的正切值为 0.05 答案：(1)4.0(2)(i)见解析图(ii)4.0 0.05 跟踪训练 1(2018山西太原模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，实验小组找到一组橡皮筋和一个弹簧测力计，他们进行了如下操作，请将实验操作和处理补充完整 图 1 图 2(1)用刻度尺测量橡皮筋的自然长度L20 cm；(2)将橡皮筋一端固定在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉橡皮筋的另一端，测量橡皮筋的长度，记录测力计的示数，分析数据，得出结论：橡皮筋的弹力与其伸长量成正比，且比例系数为k0.10 N/cm；(3)将橡皮筋的两端固定在水平面上的A、B两点，A、B
9、两点间距为 20 cm；(4)将弹簧测力计挂在橡皮筋的中点，用手在水平面内沿垂直方向拉测力计，稳定后如图 1 所示，测得橡皮筋的总长度为 40 cm.弹簧测力计的示数如图 2 所示，则读数为F_N；(5)根据上述数据可求的橡皮筋此时的弹力T_N；(6)在图 1 中根据给出的标度，作出橡皮筋对挂钩拉力的合力F的图示；(7)比较F与_(填物理量的符号)的大小是否相等、方向是否相同，即可得出实验结论 解析：(4)由图 2 可知弹簧测力计读数为 3.46 N；(5)橡皮筋的形变量为 40 cm20 cm20 cm0.2 m，所以弹力Fkx2.0 N；(6)如图(7)理论上橡皮筋的合力与弹簧拉力等大反向
10、，所以要比较F与F的大小是否相等、方向是否相同 答案：(4)3.46(3.453.47)(5)2.00(2 或 2.0)(6)见解析图(7)F (对应学生用书 P34)以本实验为背景，以实验中操作的注意事项、误差来源设置条件，或通过改变实验条件、实验仪器设置题目 1对实验原理的理解、实验方法的迁移 2实验器材的改进(1)橡皮筋 替代 弹簧测力计(2)钩码 替代 弹簧测力计 (2015山东卷)某同学通过下述实验验证力的平行四边形定则 实验步骤：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
11、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 0.50 N，测出所对应的l，部分数据如下表所示：图甲 F(N)0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 l(cm)l0 10.97 12.02 13.00 13.98 15.05 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 图乙 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
12、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 图丙 (2)图丁中测得OA6.00 cm，OB7.60 cm，则FOA的大小为_N(3)根据图丁中给出的标度，作出FOA和FOB的合力F的图示 图丁(4)通过比较F与_的大小和方向，即可得出实验结论 解析：(1)根据表格数据，作出Fl图线，图线的横截距即表示橡皮筋原长，因此l010.0 cm.(2)橡皮筋总长lOAOB13.60 cm，根据Fl图线，可读出弹簧长度l13.60 cm时橡皮筋的拉力为 1.80 N(3)根据平行四边形定则作图，对角线表示合力F.(4)若F与FOO在误差范围内大小相等、方向相同，就表明力的平行四边形定则是正确的 答案：(1)如图 1 所示 10.0(9.8、9.9、10.1均正确)图 1(2)1.80(1.701.90均正确)(3)如图 2 所示(4)FOO 图 2