实验 平行四边形定则

实验三 验证力的平行四边形定则

一、实验目的：

探究力的合成规律 —— 平行四边形定则；理解等效替代思想方法在物理学中的应用．

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个力是否在实验误差允许的范围内相等．

三、实验器材：

木板、白纸、图钉若干、 橡皮条 、细绳、弹簧秤（2只）、三角板、 刻度尺 ，等．

四、实验步骤： ① 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的 方木板 上，如图所示；

②用两个弹簧秤分别钩住两个绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，

结点到达某一点O ；

③用铅笔描下 结点O 的 位置和两个细绳套的 方向 ，并记录弹簧秤的读数21F F ，利用刻度尺和三角板作平行边形，画出对角线所代表的力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实验中的相同 位置O ，记下弹簧的读数F ′ 和细绳的方向；

⑤比较F 和F ′，观察它们在实验误差允许的范围内是否 相等 ．

⑥改变21F F ，的大小和方向，再做两次实验。

五、误差分析：

实验误差除弹簧测力计本身的误差外，还主要来源于 读数 误差和 作图 误差两个方面．

① 减小读数误差的方法：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 正视弹簧测力计的刻度 ，要按有效数字正确读数和记录．

② 减小作图误差的方法：21F F 与夹角适宜，且比例要恰当。

六、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60°～120°之间为宜．

③ 尽量减少误差：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．

〖考点1〗对实验原理及实验过程的考查

【例1】在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，

先用一个弹簧秤拉橡皮条的另一端到某一点并记下该点的位置；再将橡皮条的另一端系两根细绳，细绳的另一端都有绳套，用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．

⑴ 某同学认为在此过程中必须注意以下几项：

A ．两根细绳必须等长

B ．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上

C ．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行

D ．在用两个弹簧秤同时拉细绳时要注意使两个弹簧秤的读数相等

E ．在用两个弹簧秤同时拉细绳时必须将橡皮条的另一端拉到用一个弹簧秤拉时记下的位置

其中正确的是_______________（填入相应的字母）

⑵ “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力的示意图．

① 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

⑶ 某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力F 1和F 2，图中小正方形的边长表示2 N ，两力的合力用F 表示，F 1、F 2与F 的夹角分别为θ1和θ2，关于F 1、F 2与F 、θ1和θ2关系正确的有________

A ．F 1 = 4N

B ．F = 12 N

C ．θ1 = 45°

D ．θ1 < θ2

【例2】某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”．弹簧测力计A挂于固定点P，下端用细线挂一重物M，弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置．分别读出弹簧测力计A和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向．

⑴本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为________N；

⑵下列不必要的实验要求是________（请填写选项前对应的字母）

A．应测量重物M所受的重力

B．弹簧测力计应在使用前校零

C．拉线方向应与木板平面平行

D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置

⑶某次实验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请您提出两个解决办法．___________________________________________________________________________

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例1 答案：⑴CE⑵①F′②B⑶BC

解析：⑴两细绳套不要太短，但是不一定要等长，选项A错误；橡皮条与两绳夹角的平分线是否在同一直线上，由两分力的大小和方向决定，选项B错误；用弹簧秤

拉细绳套时，弹簧秤与木板平面必须平行，选项C正确；验证力的平行四边形定

则实验中，测量分力大小的两个弹簧秤的读数不一定要相等，选项D错误；在同

一次实验中，需要保持F1和F2的作用效果与合力F的作用效果相同，即拉到同一

位置，所以选项E正确，答案为C、E．

⑵F′是利用一个弹簧秤将橡皮条拉到结点O位置的力，F是利用平行四边形定则

作出的与F′作用效果相同的两个分力F 1和F2的合力，所以沿AO方向的力

一定是F′．本实验中，需要保证单个拉力的作用效果与两个拉力的作用效

果相同，即采用了等效替代法．

⑶以F1和F2为邻边作平行四边形，如图所示，其对角线表示合力F，由

图可知，F 1 = 4 2 N，F = 12 N，θ1 = 45°，θ1 > θ2，所以选项B、C正确．

例2 答案：⑴3.6⑵D⑶①减小弹簧测力计B的拉力；②减小重物M的质量（或将A更换成较大量程的弹簧测力计、改变弹簧测力计B拉力的方向

等）

解析：⑴由题图知，弹簧测力计A的最小刻度值为0.2 N，读数为3.6 N．

⑵验证力的平行四边形定则，一定要记好合力与两分力的大小与方向，与结点

位置无关，D错；M的重力即合力，A对；测量前弹簧测力计调零才能测量准

确，B对；拉线与木板平行才能保证力在木板平面内，C对．

⑶对O点受力分析如图所示，可见若减小F OA可调节F OB的大小或方向，调节OA

方向或减小物重G等．