1、实验：验证力的平行四边形定则学习目标1.科学探究验证力的平行四边形定则2.科学方法学会用“作图法”求出两个力的合力一、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、方向相同二、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)、铅笔三、实验步骤1仪器的安装：用图钉把白纸钉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
2、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，再重做两次实验四、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
3、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五、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著，读数误差较大，导致作图产生较大误差作图比例不恰当、不准确等造成作图误差六、注意事项1正确使用弹簧测力计(1)测量前应首先检
4、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
5、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.【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)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
6、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【例2】某学生实验小组设计了一个“验证力的平行四边形定则”的实验，装
7、置如图甲所示，在竖直放置的木板上部附近两侧固定两个力传感器，同一高度放置两个可以移动的定滑轮，两根细绳跨过定滑轮分别与两力传感器连接，在两细绳连接的结点O处下方悬挂钩码，力传感器1、2的示数分别为F1、F2，调节两个定滑轮的位置可以改变两细绳间的夹角，实验中使用若干相同的钩码，每个钩码的质量均为100克，取g9.8 m/s2.甲乙(1)(多选)关于实验，下列说法正确的是_A实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内B每次实验都必须保证结点位于O点C实验时需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向D实验时还需要一个力传感器单独测量悬挂于O点钩码的总重力(2)根据每次实验得到的数据，该同学已
8、经按照力的图示的要求画出了F1、F2(如图乙所示)，请你作图得到F1、F2的合力F(只作图，不求大小)，并写出该合力不完全竖直的一种可能原因_解析(1)本实验重力在竖直方向上，要在竖直方向作平行四边形，则实验开始前，需要调节木板使其位于竖直平面内，故A正确；因为要画平行四边形，则需要记录钩码数量、两力传感器的示数和三细绳的方向，但钩码重力、两力传感器的示数和三绳的方向都已知，所以不必保证结点每次都在同一位置，故B错误，C正确；因为每个钩码的重力已知，所以不需要用力传感器测钩码总重力，故D错误；故选A、C.(2)根据平行四边形定则作出合力F如图所示由于定滑轮有摩擦、木板未竖直放置等原因导致该合力
9、不完全竖直答案(1)AC(2)如解析图所示定滑轮有摩擦(1)为使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，每次实验必须保证结点位置保持不变(2)利用平行四边形定则求得的合力与实际的合力往往不相同，但实际的合力一定沿橡皮筋伸长的方向1如图是“探究求合力的方法”实验示意图图甲表示在两个拉力F1、F2的共同作用下，将橡皮条的结点拉长到O点；图乙表示准备用一个拉力F拉橡皮条下列说法正确的是()A甲实验时，两个拉力的大小应相等B甲实验时，两个拉力的方向应互相垂直C乙实验时，只需使橡皮条的伸长量与甲实验相等D乙实验时，需将橡皮条的结点拉到O点D甲实验时，两个拉力的大小适当，将橡皮条拉到O点，并非要求它们的
10、大小一定相等，选项A错误；实验时两个分力的夹角大小适当即可，并非要求一定垂直，选项B错误；乙实验时，要求橡皮条的伸长量和形变方向与甲实验相等，即将结点拉到O点，选项C错误，D正确2如图所示，在“验证力的平行四边形定则”这一实验中，两弹簧秤现在的夹角为90，使b弹簧秤从图示位置开始沿箭头方向缓慢转动，在这过程中，保持O点的位置和a弹簧秤的拉伸方向不变，则在整个过程中，关于a、b两弹簧秤示数的变化情况是()Aa示数增大，b示数减小Ba示数减小，b示数增大Ca示数减小，b示数先增大后减小Da示数减小，b示数先减小后增大B对点O受力分析，受到两个弹簧秤的拉力和橡皮条的拉力，如图，其中橡皮条的拉力大小不
11、变，a弹簧秤拉力方向不变，b弹簧秤拉力方向和大小都改变由图可知a示数减小，b示数增大，故A、C、D错误，B正确3某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，测得图中弹簧OC的劲度系数为500 N/m.如图甲所示，用弹簧OC和弹簧秤a、b做“探究求合力的方法”实验在保持弹簧伸长1.00 cm不变的条件下，甲乙(1)若弹簧秤a、b间夹角为90，弹簧秤a的读数是_N(图乙中所示)，则弹簧秤b的读数可能为_N.(2)若弹簧秤a、b间夹角大于90，保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变，减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角，则弹簧秤a的读数_，弹簧秤b的读数_(均选填“变大”“变小”或“不变”)解析(1)弹簧OC的
12、弹力FOCkx5000.01 N5 N.由题图乙可知，弹簧秤a的读数Fa3.00 N.所以弹簧秤b的读数可能为Fb4.00 N.(2)由图可知，随着弹簧秤b与弹簧OC的夹角的减小，弹簧秤a的拉力变大，弹簧秤b的拉力也变大，所以弹簧秤a、b的读数变大答案(1)3.003.02都正确3.904.10都正确(2)变大变大4图甲为“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验装置甲乙(1)(多选)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CF1、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
13、方向间夹角应为90(2)弹簧测力计的指针如图乙所示，由图可知拉力的大小为_ N.解析(1)在同一组数据中，只有当橡皮条节点O的位置不发生变化时，两个力的作用效果和一个力的作用效果才相同，才可以验证平行四边形定则，故A正确；弹簧测力计拉细线时，方向不一定向下，只要把O点拉到同一位置即可，故B错误；根据弹簧测力计的使用原则可知，在测力时不能超过弹簧测力计的量程，故C正确；F1、F2方向间夹角为90，并不能减小误差，故D错误(2)弹簧测力计的指针指示要估读到下一位，故拉力F的大小为4.00 N.答案(1)AC(2)4.005某实验小组用一只弹簧测力计和一个量角器等器材做“探究求合力的方法”，设计了如
14、图所示的实验装置，固定在竖直木板上的量角器的直边水平，橡皮条的一端固定于量角器的圆心O的正上方A处，另一端系绳套1和绳套2，主要实验步骤如下：.弹簧测力计挂在绳套1上竖直向下拉橡皮条，使橡皮条的结点到达O点处，记下弹簧测力计的示数F；.弹簧测力计挂在绳套1上，手拉着绳套2，缓慢拉橡皮条，使橡皮条的结点到达O处，此时绳套1沿0方向，绳套2沿120方向，记下弹簧测力计的示数F1；.根据力的平行四边形定则计算绳套1的拉力F1.比较即可初步验证.只改变绳套2的方向，重复上述实验步骤回答下列问题：(1)完成实验步骤中_；_.(2)将绳套1由0方向缓慢转动到60方向，同时绳套2由120方向缓慢转动到180
15、方向，此过程中保持橡皮条的结点在O处不动，保持绳套1和绳套2的夹角120不变，关于绳套1的拉力大小的变化，下列结论正确的是_(填选项前的序号)A逐渐增大B先增大后减小C逐渐减小D先减小后增大解析(1)由平行四边形定则可知，F1Ftan 30，比较测量的绳1的读数和通过平行四边形定则算出的值，即比较F1和F1，可以初步验证(2)合力FF1sin F2sin(60)，为绳1与0线的夹角，F不变，增大，则F1增大答案(1)F1和F1(2)A6某同学在学完“力的合成”后，想在家里做实验验证力的平行四边形定则他从学校的实验室里借来两个弹簧测力计，按如下步骤进行实验A在墙上贴一张白纸用来记录弹簧测力计弹力
16、的大小和方向B在一个弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧测力计的读数FC将一根大约30 cm长的细线从杯带中穿过，再将细线两端分别拴在两个弹簧测力计的挂钩上在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两个弹簧测力计的示数相等，在白纸上记下细线的方向，弹簧测力计的示数如图甲所示D在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F(1)在步骤C中，弹簧测力计的读数为_ N.(2)在步骤D中，合力F_ N.(3)若_，就可以验证力的平行四边形定则解析(1)弹簧测力计读数时需要估读，最终的读数要以有效数字的形式给出， 根据题图甲弹簧测力计指针的位置，可读出力的大小为3.00 N.(2)根据力的大小可以用线段的长度来表示，利用刻度尺和三角板在题图乙上，由已知的两个力作出平行四边形，测量出两力之间的对角线的长度，与标度为1 N的长度进行比较，可求出F的大小为(5.20.2)N.(3)若F在竖直方向且数值与F近似相等，在实验误差允许的范围内可以验证力的平行四边形定则答案(1)3.00(2)(5.20.2)(3)F在竖直方向且数值与F近似相等