实验：验证力的平行四边形定则 PPT

【典例1】如图所示是甲、乙两位同学在“验证力 的平行四边形定则”的实验中所得到的实验结果， 若用F表示两个分力F1、F2的合力，用F′表示F1和F2 的等效力，则可以判断________(选填“甲”或 “乙”)同学的实验结果是尊重事实的．
解析：由题设可知，F为F1和F2的合力，通过平行四边 形定则所得，而F′是F1和F2的等效力，即用一只弹簧 测力计拉橡皮条时的拉力，显然F′的方向应在细线的 方向上，因甲同学F′的方向与细绳在同一直线上，故 甲同学是尊重事实的． 答案：甲 本题解答的重点在F′的方向的确定上．两位同学的实 验结果都有误差，这是正常的，但乙同学很明显在F′ 的方向的确定上违背了实验的要求，作图是错误的．
(1)为完成实验，下述操作中必需的是_____. a.测量细绳的长度 b.测量橡皮筋的原长 c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d.记录悬挂重物后结点O的位置 (2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件 再次验证，可采用的方法是 __________________验中，结点O受三个 拉力处于静止状态，三力彼此平衡，任意两个力 的合力与第三个力等值反向.只要以两橡皮筋的伸 长量代表两个拉力的大小，沿OA、OB方向为邻边 作平行四边形，只要该平行四边形的对角线与悬 挂重物的橡皮筋在一条直线上，与表示其拉力的 线段相等，即验证了平行四边形定则，故实验要
(3)用两个弹簧测力计分别勾住绳套，互成角度地拉 橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O。 (4)用铅笔记下O点的位置和两条细绳的方向，读出两 个弹簧测力计的示数。
A E O
F1 示数
F2 示数
(5)用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方 向画直线，按着一定的标度作出两个力F1和F2的图示。 用平行四边形定则求出合力。
感谢您的聆听！
【解题指导】实验中要记录橡皮条拉伸后O点的位置、 弹簧测力计的读数及力的方向. 答案： (1)弹簧测力计两个、橡皮条一根、铅笔一支 (2) O点位置 细绳所指方向 相应弹簧测力计读数 同一位置O点 弹簧测力计读数
3.某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则， 他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律) 和若干小重物，以及刻度尺、 三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子， 设计了如下实验：将两条橡皮筋的 一端分别挂在墙上的两个钉子A、B 上，另一端与第二条橡皮筋连接，结点为O，将 第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.
1.在做验证力的平行四边形定则的实验时，先用两 个弹簧测力计拉橡皮条，再用一个弹簧测力计拉橡 皮条，两次须使橡皮条的结点达到同一位置，这样 做是为了( BC ) A.便于测量力的大小 B.使两个分力和它的合力产生相同的效果 C.使两个分力和它的合力有相同的作用点 D.便于画出分力与合力的方向
2.(1)在做“验证力的平行四边形定则”的实验时， 需要的器材有：方木板、白纸、细绳套两个、三角 板、刻度尺、图钉几个，还需要_______________ ________________________. (2)在做上述实验时，在水平放置的木板上垫上一张 白纸，把橡皮条的一端固定在板上，另一端结两个 细绳套，通过细绳用两个互成角度的弹簧测力计拉 橡皮条，使结点移到某一位置O，此时需记下： ①___________;②___________;③___________. 然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达 _______，再记下______.
【交流与思考】
1.实验时由作图法得到的合力F和单个弹簧测力 计测量的实际合力F′忘记标注而造成错乱,你如 何加以区分? 提示:由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直, 所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得 到的实际合力F′，不共线的合力表示由作图法得 到的合力F.
2.如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？ 如何观察合力的变化规律？ 提示：保持两力的大小不变,改变两力之间的夹 角,使两力的合力发生变化,可以通过观察结点的 位置变化,判断合力大小的变化情况,结点离固定 点越远,说明两力的合力越大.
解析： (1)两弹簧测力计的读数分别为4.0N和2.5N. (2)作出合力如下图所示．
1.合力与分力的概念： 一个力F′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皮条伸长到同一点,所 以力F′就是这两个力F1和F2的合力。
2.力的合成： 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′的大小和方向是否 相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平 行四边形定则。
(4)细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不 要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用 铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点 连一直线确定力的方向． (5)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． (6)两拉力F1和F2夹角不宜过小。
o F1
F2
F
(6)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结 点拉到同样位置O。读出示数，记下细绳的方向，按 同一标度作出这个力F′的图示。
E O
F1 F2
F/
F
F/
(7)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和 方向，看它们是否相等。
o
F1 F2
F
F/
F/是理论值， F是实验值
在误差允许范围内，理论值和实验值大小相等方向相 同。验证了平行四边形定则的正确性。
【典例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. (2)在下图所示的方格纸上按作图法的要求画出这 两个力及它们的合力.
【实验器材】
方木板一块、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)、细芯铅笔.
【实验步骤】
(1)在桌上平放一块方木板，在方木板上铺一张白 纸，用图钉把白纸钉在方木板上。
(2)用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在 橡皮条的另一端栓上两条细绳套。
A E
注意：请设计好伸长结点的位置，以便作图。
实验过程展示
【误差分析】
1.用两个测力计拉橡皮条时,橡皮条、细绳和测力 计不在同一个平面内,这样两个测力计的水平分力 的实际合力比由作图法得到的合力小. 2.结点O的位置和两个测力计的方向画得不准,造 成作图的误差.
3.两个分力的起始夹角α太大,如大于120°,再重 做两次实验，为保证结点O位置不变(即保证合力不 变),则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显 著,读数误差大. 4.作图比例不恰当造成作图误差.
【解析】(1)根据平行四边形定则 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) (2)合力F为底、高分别为3 N、 2 N的三角形的斜边的长,故
F 3 2 2 2N 1 3 N 答案:(1)图见解析 (2) 1 3
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实验：验证力的平行四边形定则
我们已经学习了许多物理量其中体积、质量、 时间、长度的运算所遵循的是代数的加减法则，为 什么力的合成要遵循平行四边形定则呢?这种运算法 则是否正确呢?
有同学提出以下猜想： 1.合力的大小只在分力夹角为锐角时遵循平行四边 形法则。 2.夹角为直角时，用勾股定理计算，不遵循平行四 边形法则。 同学们，你是怎样认为的呢？说说你的猜想。
【注意事项】
1．正确使用弹簧测力计 (1)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水平对拉过程中，读 数相同，则可选；若读数不同，应另换或调校， 直至相同为止． (2)使用弹簧测力计测力时，读数应尽量大些， 但不能超出它的测量范围．
(3)使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否 则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)．还 需用钩码检查是否存在示值误差，若存在，应加 以校正． (4)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致， 拉动时弹簧及挂钩不可与外壳相碰以避免产生摩 擦． (5)读数时应正对、平视刻度．
2．规范实验操作 (1)不要直接以橡皮条端点为结点，可用一段细 绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小 些，以便准确地记录结点O的位置． (2)在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位 置一定要相同． (3)不要用老化的橡皮条，检查方法是用一个弹 簧测力计拉橡皮条，要反复做几次，使橡皮条拉 到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化．
1.掌握弹簧测力计的正确使用方法。 2.根据实验的要求，会对给定的实验步骤排序、 纠错。 3.验证力的平行四边形定则，培养用作图法处理 问题的能力。(重点)
【实验目的】
验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则
【实验原理】
一个力F′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′的大小和方向是否相同,若相 同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形 定则.
3.每次实验都必须保证结点的位置保持不变,这体 现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长 长度相同,能否验证平行四边形定则？ 提示:每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合 力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这 是物理学中等效替代的思想方法.由于力不仅有大 小,还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结 点位置不同，说明两次效果不同,不满足合力与分 力的关系,不能验证平行四边形定则.
测量橡皮筋的原长、悬挂重物后的长度，才能算出 橡皮筋受力后的伸长量，为了确定拉力的方向，每 次必须记录结点O的位置.因此必需的是b、c、d. (2)由于钉子位置固定，可改变的条件只能是所悬 挂的重物的质量. 答案:(1)b、c、d (2)所悬挂的重物的质量