1、第三章 相互作用实验：探究求合力的方法|实验基础理一理|一、实验目的1验证互成角度的两个力合成的平行四边形定则2练习用作图法求两个力的合力二、实验原理和方法1合力 F的确定：一个力 F的作用效果与两个共点力F1 与 F2 共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点，则 F为 F1和 F2 的合力2合力理论值 F 的确定：根据平行四边形定则作出 F1 和 F2的合力 F 的图示3平行四边形定则的验证：在实验误差允许的范围内，比较F和 F 是否大小相等、方向相同三、实验器材方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔四、实验步骤1仪器的安装：用图钉把白纸钉
2、在水平桌面上的方木板上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，如图所示2操作与记录(1)两力拉：用两个弹簧测力计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)用铅笔描下结点O 的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数(2)一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置 O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向(3)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验五、数据处理1用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力 F1 和 F2 的图示，并以 F1和
3、 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2用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤(2)中弹簧测力计的拉力 F的图示3比较 F 与 F是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则六、误差分析1读数误差：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，要按有效数字正确读数和记录2作图误差(1)结点 O 的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差(2)两个分力的起始夹角 太大，如大于 120，再重复做两次实验，为保证结点 O 位置不变(即保证合力不变)，则 变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显
4、著，读数误差较大，导致作图产生较大误差(3)作图比例不恰当、不准确等造成作图误差七、注意事项1正确使用弹簧测力计(1)测量前应首先检查弹簧测力计的零点是否准确，注意使用中不要超过其弹性限度(2)实验时，弹簧测力计必须保持与木板平行，且拉力应沿轴线方向弹簧测力计的指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位孔发生摩擦(3)读数时应正对、平视刻度，估读到最小刻度的下一位2规范实验操作(1)位置不变：在同一次实验中，将橡皮条拉长时结点的位置一定要相同(2)角度合适：两个弹簧测力计所拉细绳套的夹角不宜太小，也不宜太大，以 60100为宜(3)在不超出弹簧测力计量程及在橡皮条弹性限度内的前提下，测量数据应
5、尽量大一些(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方向画直线，应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向3规范合理作图：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|热点题型研一研|题型一 实验原理与操作【例 1】在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图所示请将以下的实验操作和处理补充完整：(1)用铅笔描下结点位置，记为 O；(2)
6、记录两个弹簧测力计的示数 F1 和 F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；(3)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置 O，记录测力计的示数 F3，_；(4)按照力的图示要求，作出拉力 F1、F2、F3；(5)根据力的平行四边形定则作出 F1 和 F2 的合力 F；(6)比较_的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验解析(3)用铅笔描出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线(画拉力的方向)，目的是画出同两分力产生相同效果的这个力的方向(6)F 与 F3 作比较，即比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实
7、际的力是否相同，即可验证力的平行四边形定则的正确性答案(3)沿此时细绳(套)的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线(6)F 与 F3|对点训练|1(1)验证“力的平行四边形定则”实验如图甲所示，A 为固定橡皮筋的图钉，O 为橡皮筋与细绳的结点，OB、OC 为细绳，图乙是在白纸上根据实验结果画出的图图甲中弹簧测力计 B 的读数为_N；图乙中的 F 和 F两力中，方向一定沿 OA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建立物理模型法解析：(1)弹簧测力计的分度值是 0.1 N，估读到下一位，读数为 11.40 N一定沿 OA 方向的是用一个弹簧测力
8、计拉的力 F，由于实验误差，平行四边形对角线不一定沿 OA 方向(2)本实验采用的是等效替代法答案：(1)11.40 F(2)B2某同学做“验证力的平行四边形定则”实验时，主要步骤是：A在桌面上放一块方木板，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 FE只用一个
9、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_解析：步骤 C 中忘记记录两细绳套的方向，步骤 E 中应将结点拉至 O 点答案：(1)C E(2)记录两细绳套的方向 把结点拉至 O 点题型二 数据处理与分析【例 2】李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置 O 以及两个弹簧测力计拉力的大小，如图甲所示(1)试在图甲中作出无实验误差情况下 F1 和 F
10、2 的合力图示，并用 F 表示此力(2)有关此实验，下列叙述正确的是_A两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置 O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D若只增大某一个弹簧测力计的拉力的大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需要调整另一个弹簧测力计的拉力的大小即可(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果，其中_的实验比较符合实验事实(力 F是用一个弹簧测力计拉时的图示)解析(1)用平行四边形定则作图，即以 F1、F2 为两邻边作平行四边形，对角线就表示合力 F.(标上箭头表明方向)
11、(2)结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力橡皮筋的拉力等大反向，是一对平衡力，橡皮筋的拉力不是合力，故 B 错；两分力可以同时大于合力，而橡皮筋的拉力与两弹簧测力计的拉力的合力等大，故 A 对；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同，故 C 对；若两个分力的大小变化而方向都不变，则合力必定变化，故 D 错(3)作图法得到的 F 必为平行四边形的对角线，单个弹簧测力计的拉力 F一定与橡皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实答案(1)如图所示(2)AC(3)张华|对点训练|3某同学用如图甲所示的装置验证“力的平行四边形定则”用一木板竖直放在铁架台和轻弹簧所在平面
12、后其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：(1)如图甲，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置 O；(2)卸下钩码然后将两细绳套系在弹簧下端，用两弹簧秤将轻弹簧末端拉到同一位置 O，记录细绳套 AO、BO 的_及两弹簧秤相应的读数图乙中 B 弹簧秤的读数为_N；(3)该同学在坐标纸上画出两弹簧拉力 FA、FB 的大小和方向如图丙所示，请在图丙中作出 FA、FB 的合力 F；(4)已知钩码的重力，可得弹簧所受的拉力 F 如图丙所示，观察比较 F 和 F，得出结论答案：(2)方向 11.40(3)如图4在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧测力计(1)为完成
13、实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：弹力 F/N0.501.001.502.002.503.003.50伸长量x/102m0.741.802.803.724.605.586.42用作图法求得该弹簧的劲度系数 k_N/m.(2)某次实验中，弹簧测力计的指针位置如图所示，其读数为_N；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为 2.50 N，请画出这两个共点力的合力 F 合(3)由图得到 F 合_N.解析：(1)根据表格数据描点，然后连成一条过原点的直线，如图所示，直线的斜率等于弹簧的劲度系数，k3.56.42102 N/m55 N/m.(2)读出弹簧测力计的读数为
14、2.10 N(保留三位有效数字)以 O 为顶点，画出两弹簧的绳套方向就是两拉力方向，再确定并画好力的标度，画出两拉力的图示，以两拉力为邻边作出平行四边形，画出平行四边形的对角线，即合力 F 合如图所示(3)用刻度尺量出合力的长度，根据确定的标度算出合力的大小答案：(1)55(2 内均可)(2)2.10(有效数字位数正确，0.02内均可)画法见解析(3)3.3(0.2 内均可)题型三 实验创新【例 3】某同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则，在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮 A 和 B，将绳子打一个结点 O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力
15、FTOA、FTOB 和 FTOC，回答下列问题：(1)改变钩码个数，能完成实验的是()A钩码的个数 N1N22，N34B钩码的个数 N1N33，N24C钩码的个数 N1N2N34D钩码的个数 N13，N24，N35(2)在拆下钩码和绳子前，最重要的一个步骤是()A标记结点 O 的位置，并记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向B量出 OA、OB、OC 三段绳子的长度C用量角器量出三段绳子之间的夹角D用天平测出钩码的质量(3)在 作 图 时，你 认 为 图 中 正 确 的 是 _(填“甲”或“乙”)解析(1)OA、OB、OC 分别表示三个力的大小，由于三共点力平衡，所以三个力的大小构成一个三角形.
16、2、2、4 不可以构成三角形，故 A 错，B、C、D 都正确(2)为验证平行四边形定则，必须作受力图，所以先明确受力点，即标记结点 O 的位置，其次要作出力的方向并读出力的大小，最后作出力的图示，因此要做好记录，从力的三要素角度出发，要记录钩码的个数和记录 OA、OB、OC 三段绳子的方向，故 A正确，B、C、D 错误(3)以 O 点为研究对象，F3 为实际作用效果，在 OC 这条线上，由于误差的存在，F1、F2 的理论值要与实际值可能有一定偏差，故甲图符合实际答案(1)BCD(2)A(3)甲|对点训练|5一同学用电子秤、水壶、细线、墙钉和贴在墙上的白纸等物品，在家中验证力的平行四边形定则(1
17、)如图甲，在电子秤的下端悬挂一装满水的水壶，记下水壶_时电子秤的示数 F.(2)如图乙，将三细线 L1、L2、L3 的一端打结，另一端分别拴在电子秤的挂钩、墙钉 A 和水壶杯带上水平拉开细线 L1，在白纸上记下结点 O 的位置、_和电子秤的示数 F1.(3)如图丙，将另一颗墙钉 B 钉在与 O 同一水平位置上，并将 L1 拴在其上手握电子秤沿着(2)中 L2 的方向拉开细线 L2，使_和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数 F2.(4)在白纸上按一定标度作出电子秤拉力 F、F1、F2 的图示，根据平行四边形定则作出 F1、F2 的合力 F的图示，若_，则平行四边形定则得到验证解析：(
18、1)要测量装满水的水壶的重力，需记下水壶静止时电子秤的示数 F.(2)要画出平行四边形，则需要记录分力的大小和方向，所以在白纸上记下结点 O 的位置的同时，也要记录三细线的方向以及电子秤的示数 F1.(3)已经记录了一个分力的大小，还要记录另一个分力的大小，则结点 O 位置不能变化，力的方向也不能变化，所以应使结点 O 的位置和三根细线的方向与(2)中重合，记录电子秤的示数F2.(4)根据平行四边形定则作出 F1、F2 的合力 F的图示，若 F和 F在误差允许的范围内重合，则平行四边形定则得到验证答案：(1)静止(2)三细线的方向(3)结点 O 的位置(4)F和 F在误差允许的范围内重合6在“
19、探究求合力的方法”的实验中，橡皮条的一端固定，先用一个弹簧测力计通过细线拉橡皮条的另一端，将其与细线的结点拉到 O 点，记下拉力 F；再用两个弹簧测力计通过细线拉橡皮条，将结点同样拉到 O 点，记下拉力 F1、F2.回答下列问题(1)先后两次将结点拉到同一点 O，其目的是_(2)如图甲所示，用两个弹簧测力计拉橡皮条的实验中，下列说法中正确的是_A两根细线与橡皮条必须在同一平面内B弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下，且不能超过弹簧测力计的量程C橡皮条必须保持水平D为了便于计算，F1、F2 方向间夹角必须为 90(3)根据实验数据画出力的图示，并以 F1、F2 为邻边作平行四边形，其对角线为 F，根据图乙，你能得出的结论是_；其依据是_解析：(1)先后两次将结点拉到同一点 O，其目的是确保两次力的作用效果相同(2)两根细线与橡皮条必须在同一平面内，故 A 正确；用弹簧测力计拉细线时，拉力方向不一定竖直向下，不能超过测力计的量程，故 B 错误；橡皮条不一定水平，故 C 错误；实验探究的是普遍规律，不能为了便于计算而将 F1、F2 方向间夹角确定为 90，故 D 错误(3)根据实验数据画出力的图示，根据图乙可看出，F 与 F非常接近，则得出的结论是力的合成遵循平行四边形定则答案：(1)确保力的作用效果相同(2)A(3)力的合成遵循平行四边形定则 F 与 F非常接近