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1、第第二二章章一、实验目的一、实验目的(1)会使用弹簧测力计。会使用弹簧测力计。(2)验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。二、实验原理二、实验原理(1)等效法：一个力等效法：一个力F的作用效果和两个力的作用效果和两个力F1、 F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡的作用效果都是让同一条一端固定的橡 皮条伸长到同一点，所以一个力皮条伸长到同一点，所以一个力F就是这就是这 两个力两个力F1和和F2的合力，作出力的合力，作出力F的图示，的图示， 图实图实31 如图实如图实31所示。所示。(2)平行四边形法：根据平行四边形定则作出力平行四边形法：根据平
2、行四边形定则作出力F1和和F2的合的合 力力F的图示。的图示。(3)验证：比较验证：比较F和和F的大小和方向是否相同，若在误差允的大小和方向是否相同，若在误差允 许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则。三、实验器材三、实验器材 方木板、白纸，弹簧测力计方木板、白纸，弹簧测力计(两只两只)，橡皮条，细绳套，橡皮条，细绳套(两个两个)，三角板，刻度尺，图钉，三角板，刻度尺，图钉(几个几个)。四、实验步骤四、实验步骤(1)用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。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用图钉把橡皮条的一端固定
3、在A点，橡皮条的另一端拴上点，橡皮条的另一端拴上 两个细绳套。两个细绳套。(3)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置的结点伸长到某一位置O，如图实，如图实32所示，记录两弹簧测力计的读数，所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。点的位置及此时两细绳的方向。(4)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的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方
4、向。(5)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验。图实图实32五、数据处理五、数据处理(1)用铅笔和刻度尺从结点用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选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定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和和F2的图示，的图示，并以并以F1和和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。的图示。(2)用刻度尺从用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步点按同样的标度
5、沿记录的方向作出实验步 骤骤(4)中弹簧测力计的拉力中弹簧测力计的拉力F的图示。的图示。(3)比较比较F与与F是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平 行四边形定则。行四边形定则。六、注意事项六、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，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。直至相同为止。(2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时，结点在同
6、一次实验中，使橡皮条拉长时，结点O位置一定要位置一定要 相同。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，在角不宜太大也不宜太小，在60100之间为宜。之间为宜。(4)实验时弹簧测力计应与木板平行，读数时眼睛要正视弹实验时弹簧测力计应与木板平行，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。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。不要直接细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。不
7、要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画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，再将所标点与一个点，去掉细绳套后，再将所标点与O点连接，即点连接，即可确定力的方向。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，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。并且要恰当选取标度，使所作力的图示稍大一些。七、误差分析七、误差分析(1)弹簧测力计本身的误差。弹簧测力计本身的误差。(2)读数误差和作图误差。读数误差和作图误差。(3)两分力两分力F1、F2间的夹角间的夹角越大，用平行四边形定则作图越大，
8、用平行四边形定则作图 得出的合力得出的合力F的误差的误差F也越大。也越大。八、实验改进八、实验改进 本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作如下：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
9、细绳，使结点至手再同时拉这两条细绳，使结点至O点，并使两条细点，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。其他步骤与提供两个弹簧测力计相同。其他步骤与提供两个弹簧测力计相同。这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而这种操作的优点是能减小因两个弹簧测力计的不同而带来的误差，但实验过程麻烦。带来的误差，但实验过程麻烦。例例1在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通
10、过两细绳用两个验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。过细绳拉橡皮条。(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的的_(填字母代号填字母代号)。A将橡皮条拉伸相同长度即可将橡皮条拉伸相同长度即可B将橡皮条沿相同方向拉到相同长度将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C将弹簧秤都拉伸到相同刻度将弹簧秤都拉伸到相同刻度D将橡皮条和绳的结点拉到相同位置将橡皮条和绳的结点拉到相同位置(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误
11、同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是差有益的说法是_(填字母代号填字母代号)。A两细绳必须等长两细绳必须等长B弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大可能大D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两 点要远些点要远些解析解析(1)选项选项B、D能保证两次拉伸橡皮条过程中效果相能保证两次拉伸橡皮条过程中效果相同，保证两次的拉力是合力和分力关系。同，保证两次的拉力是合力和分力关系。(2)平行四边形是平面图形，所以
12、要探究平行四边形定则，平行四边形是平面图形，所以要探究平行四边形定则，选项选项B是必须的。选项是必须的。选项D能更方便地确定拉力的方向。能更方便地确定拉力的方向。答案答案(1)BD(2)BD例例2李明同学在做李明同学在做“互成角度的两个力互成角度的两个力的合成的合成”实验时，利用坐标纸记下了橡皮实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的点以及两只弹簧秤拉力的大小，如图实大小，如图实33所示。所示。(1)试在图中作出无实验误差情况下试在图中作出无实验误差情况下F1和和 图实图实33F2的合力图示，并用的合力图示，并用F表示此力。表示此力。(2)有关此实验，下列叙
13、述正确的是有关此实验，下列叙述正确的是_。A两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大两弹簧秤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，两弹簧秤的拉力是分力橡皮筋的拉力是合力，两弹簧秤的拉力是分力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秤拉力的效果相同这样做的目的是保证两次弹簧秤拉力的效果相同D若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋 结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小结点位置不变，只需调整另一只弹簧秤拉力的大小 即可即可图实图实34(3)如图实如图实3
14、4所示是张华和李明两位同学在做以上所示是张华和李明两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实验时得到的结果，其中哪一个实验比较符合实验事实？实？(力力F是用一只弹簧秤拉时的图示是用一只弹簧秤拉时的图示)答：答：_。(4)在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是什么？主要原因是什么？(至少写出两种情况至少写出两种情况)答：答：_。解析解析(1)根据平行四边形定则，作出如图根据平行四边形定则，作出如图所示的合力。所示的合力。(2)根据合力与分力的关系，两个分力都可以根据合力与分力的关系，两个分力都可以大于合力，因此
15、两弹簧秤的拉力可以同时比大于合力，因此两弹簧秤的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大，橡皮筋的拉力大，A正确；两弹簧秤的拉力是分力，橡皮筋正确；两弹簧秤的拉力是分力，橡皮筋的拉力与两弹簧秤的拉力的合力等大反向，的拉力与两弹簧秤的拉力的合力等大反向，B错误；错误；C项中的项中的叙述正确；若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮叙述正确；若只增大某一只弹簧秤的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只调整另一只弹簧秤拉力的大小不一定能筋结点位置不变，只调整另一只弹簧秤拉力的大小不一定能达到效果，有时还要调整方向，达到效果，有时还要调整方向，D错误。错误。(3)张华做的符合实验事实。张华做的符合实验事实。(4
16、)F1的方向比真实方向偏左。的方向比真实方向偏左。F2的大小比真实值偏的大小比真实值偏大且方向比真实方向偏左。大且方向比真实方向偏左。作图时两虚线不分别与作图时两虚线不分别与F1线和线和F2线平行。线平行。答案答案见解析见解析例例3如图实如图实35所示，某实验小组同学利用所示，某实验小组同学利用DIS实实验装置研究支架上力的分解，验装置研究支架上力的分解，A、B为两个相同的双向力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。力时读数为负。A连接质量不计的细绳，可沿固定的板连接质量不计的细绳，可沿固定的板做圆弧形移
17、动。做圆弧形移动。B固定不动，通过光滑铰链连接长固定不动，通过光滑铰链连接长0.3 m的杆。将细绳连接在杆右端的杆。将细绳连接在杆右端O点构成支架。保持杆在水点构成支架。保持杆在水平方向，按如下步骤操作：平方向，按如下步骤操作：图实图实35测量绳子与水平杆的夹角测量绳子与水平杆的夹角AOB对两个传感器进行调零对两个传感器进行调零用另一根绳在用另一根绳在O点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数点悬挂一个钩码，记录两个传感器的读数取下钩码，移动传感器取下钩码，移动传感器A改变改变角角重复上述实验步骤，得到表格。重复上述实验步骤，得到表格。F11.0010.5801.002F20.8680.2910.
18、8653060150(1)根据表格，根据表格，A传感器对应的是表中力传感器对应的是表中力_(选填选填“F1” 或或“F2”)。钩码质量为。钩码质量为_ kg(保留保留1位有效数字位有效数字)。(2)本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的本实验中多次对传感器进行调零，对此操作说明正确的是是 ()A因为事先忘记调零因为事先忘记调零B何时调零对实验结果没有影响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可以完全消除实验的误差解析解析(1)A传感器中的力均为正值，故传感器中的力均为正值，故A传感器对应的传感器对应的是表中力是表中力F1，平衡时，平衡时，mgF1sin，当，当30时，时，F11.001 N，可求得，可求得m0.05 kg。(2)在挂钩码之前，对传感器进行调零，目的是为了消除在挂钩码之前，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，故横杆自身重力对结果的影响，故C正确。正确。答案答案(1)F10.05(2)C
