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2013届高考物理一轮复习第二章 相互作用 实验三 验证力的平行四边形定则 课件


实验三 验证力的平行四边形定则

一、实验目的

1.会用弹簧测力计和细线测出力的大小和方向.
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 一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的共同作用结果 都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以

力F′就是这两个力F1和F2的合力,作出力F′

的图
示.再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的 图示,比较F和F′的大小和方向在误差允许的范围内

是否相同,若相同,则说明互成角度的两个力合成时
遵循平行四边形定则.

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(几个).
四、实验步骤 1.在水平桌面上平放一块方木板,在方木板上铺

一张白纸,用图钉把白纸固定在方木板上.
2.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,细绳的另一端系上

细绳套.
3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点 拉到某一位置O,如图所示.

4.用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向,读出并记录两个弹簧测
力计的示数.

5.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线,按一 定的标度作出两个力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角 板作平行四边形,过O点的平行四边形的对角线即为合力F. 6.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置 O,读出并记录弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度用刻 度尺从O点作出这个力F′的图示.

7.比较F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向,看它们
在实验误差允许的范围内是否相同.

8.改变F1和F2的大小和方向,再做两次实验.

五、误差分析
1.弹簧测力计本身的误差. 2.读数误差和作图误差.

3.两分力F1、F2间的夹角θ越大,用平行四边形定则作图得出的合
力F的误差ΔF也越大. 六、注意事项

1.同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力
计调零后互钩对拉,若两只弹簧测力计在对拉过程中,读数相同,则 可选;若读数不同,应另换,直至相同为止. 2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点O位置一定要相同. 3.用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时,夹角不宜 太大也不宜太小,在60°~100°之间为宜.

4.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力

计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限
位卡之间有摩擦.读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超 过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些. 5.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点连接,即可确定力的方向. 6.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.

七、实验改进

本实验用一个弹簧测力计也可以完成,具体操作如下:
(1)把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接,另一条细绳用手直 接抓住,然后同时拉这两条细绳,使结点至O点,记下两条细绳的方向

和弹簧测力计的示数F1.
(2)放回橡皮条后,将弹簧测力计连接到另一细绳上,用手再同时拉 这两条细绳,使结点至O点,并使两条细绳位于记录下来的方向上,读 出弹簧测力计的示数F2. 其他步骤与提供两只弹簧测力计相同. 这种操作的优点是能减小因两弹簧测力计的不同而带来的误差,但 实验过程稍麻烦.

实验原理和实验误差的分析

[例1] 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
: (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] 本题主要考查在验证力的平行四边形定则实验中的实验步骤,

要求理解、记住该实验的操作顺序.据验证力的平行四边形定则的操 作规程可知,有重要遗漏的步骤的序号是C、E.在C中未记下两条绳的 方向,E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O. [答案] (1)C E (2)C中未记下两条绳的方向

E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了同一位置O

实验数据的处理 [例2] 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 分别连接着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计,沿着两 个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,这时弹簧测力计的读数可从图中读出.

(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为______ N和______ N(只需读到0.1 N). (2)在本题的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.

[解析] 读弹簧测力计示数时,应注意首先找零刻度,尤其是竖直 放置的那个弹簧测力计是倒置的,它的读数是2.5 N(而不是3.5 N),水 平放置的弹簧测力计读数是4.0 N. [答案] (1)4.0 2.5

(2)如图所示

[例3] 如图所示,某实验小组同学利用DIS实验装置研究支架上力的
分解.A、B为两个相同的双向力传感器,该型号传感器在受到拉力时 读数为正,受到压力时读数为负.A连接质量不计的细绳,可沿固定

的板做圆弧形移动.B固定不动,通过光滑铰链连接长0.3 m的杆.将
细绳连接在杆右端O点构成支架.保持杆在水平方向,按如下步骤操 作:

①测量绳子与水平杆的夹角∠AOB=θ
②对两个传感器进行调零

③用另一根绳在O点悬挂一个钩码,记录两个传感器的读数
④取下钩码,移动传感器A改变θ角 重复上述实验步骤,得到表格.

(1)根据表格,A传感器对应的是表中力____________(选填“F1”或 “F2”).钩码质量为____________ kg(保留一位有效数字). (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是( )

A.因为事先忘记调零
B.何时调零对实验结果没有影响 C.为了消除横杆自身重力对结果的影响

D.可以完全消除实验的误差
[解析] (1)A传感器中的力均为正值, 故A传感器对应的是表中力 F1,平衡时,mg=F1·sin θ,当θ=30°时,F1=1.001 N,可求得m=

0.05 kg.
(2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,目的是为了消除横杆自身重 力对结果的影响,故C正确.

[答案] (1)F1 0.05 (2)C


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