实验：验证力的平行四边形法则

第五节实验：验证力的平行四边形法则

一、实验目的

1．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．

二、实验原理

用一个力F′和两个力F1、F2分别使同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，则它们的作用效果相同，所以一个力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′的大小和方向是否都相同．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．

1．等效法：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，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示．2．平行四边形法：根据平行四边形定则

作出力F1和F2的合力F的图示．

3．验证：比较F和F′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．

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(若干)

四、实验步骤

1．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

绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅

笔描下O点的位置及此时两细绳的方向．

4.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。

5.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。

6.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等。

7．改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，再重做两次实验．

五、数据处理

1．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测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，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．

2．用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计的拉力F′的图示．

3．比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合，从而验证平行四边形定则．

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．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、误差分析

1．弹簧测力计本身的误差．

2. 读数误差

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，要按有效数字正确读数和记录．

3. 作图误差

⑴结点O 的位置和两个弹簧测力计的方向画得不准确，造成作图误差．

⑵两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重复做两次实验，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，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大，导致作图产生较大误差．

⑶作图比例不恰当、不准确等造成作图误差．

八、实验改进

1. 本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验，具体操作如下：

⑴．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示数F 1.

⑵．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F 2.

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带来的误差，但实验过程麻烦．

2. 实验器材的改进

(1)用橡皮筋――→替代

弹簧秤

三个相同的橡皮筋，可将三个橡皮筋系于一点，互成角度地将它们拉长，记下各自的拉力方向，伸长后的长度，并测出原长，根据伸长量确定三个拉力的大小关系，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．

(2)使用力的传感器——用力传感器确定各力的大小，同时确定细绳中拉力的方向，再结合力的图示作图验证平行四边形定则．

(3)钩码――→替代

弹簧秤