实验《研究共点力的合成》

实验《研究共点力的合成》
（一）实验目的
研究合力与两个分力的关系
（二）实验原理
结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1与F2之合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力F′使结点仍到O点，则F′必与F1和F2的合力等效，以F1和F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F′与F的大小和方向，验证互成角度的两个力的合成的平行四边形定则.
（三）实验器材
方木板、白纸、弹簧秤(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉若干、细芯铅笔.
（四）实验步骤
①用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上.
②用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套.
③用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置O，如图标记，记录两弹簧秤的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两个细绳套的方向.
④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秤的读数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点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示.
⑤只用一只弹簧秤钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数F′和细绳的方向，用刻度尺从O点按选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示.
⑥比较一下，力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向.
（五）注意事项
1.实验时，弹簧秤必须保持与木板平行，以减小实验误差.测量前应首先对弹簧秤进行
调零,注意使用中不要超过其弹性限度,弹簧秤的读数应估读到其最小刻度的下一位.弹簧秤的指针,拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生摩擦.
2.在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过其弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些,以减小误差.
3.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要太大而画出纸外,要严格按力的图示要求和几何作图法作图.
4.在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O位置一定要相同.
5.由作图法得到的F和实验测量得到的F′不可能完全符合,但在误差允许范围内可认为是F和F′符合即可.
【例1】在“探究共点力的合成规律”实验中，橡皮条一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点．以下操作中错误的是（）
A.同一次实验过程中，O点的位置允许变动
B.在实验中，弹簧秤必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤的刻线
C.实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条结点拉到O点
D.实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两秤之间的夹角应取90°不变，以便于计算合力的大小
解析：A项O点位置不允许变动，这样才可以使两次效果相同；C项中不允许将秤的拉力大小拉到最大量程，这样不便于调节；D项中两秤之间的夹角是任意的，使平行四边形定则具有一般性.
答案：ACD
【例2】如图所示是两位同学在做“探究共点力的合成规律”的实验时得到的结果，其中哪一个实验结果比较符合实验事实?在比较符合实验事实的一个结果中，若F′是准确的，则误差较大的原因可能是哪些?
解析：按本实验的要求，F为F1和F2通过平行四边形定则所得合力；F′为F1和F2的等效力，即用一只弹簧秤拉时的力．橡皮条在这个力的作用下，其力的方向与橡皮条的伸长方向在一条直线上，显然图(b)不符合事实，比较符合实验事实的是图(a)．图(a)中F与F′误差较大的原因可能是：①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线不与F1线和F2线平行．F是按平行四边形定则作出的合力是理论值，用一个弹簧秤拉时测出的力F′为实验值．本实验就是要用现在的实验结果和已有实验结果进行比较，检查已有的实验结论是否正确，达到验证的目的.
作业练习
1. （多选）下面列出的措施中，哪些是有利于改进本实验结果的(ACD)
A．橡皮条弹性要好，拉到O点时拉力能适当大些
B．两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤平行贴近木板面
D．拉橡皮条的绳要细，而且要稍长一些
2. 李明同学在做“探究共点力的合成规律”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧秤拉力的大小，如图（a)所示，
(1) 试在图(a)中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力.
(2) （多选）有关此实验，下列叙述正确的是AC
A.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
C.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
D.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，只需调整一只弹簧秤拉力的大小即可
(3) 图(b)所示是李明和张华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？（力F′是用一只弹簧秤拉时的图示）
答：张华
(4) 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：（至少写出两种情况）答：.。