实验：验证力的平行四边形定则

1、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。,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),验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则,【实验目的】,一个力f的作用效果和两个力f1、f

2、2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.,【实验原理】,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.,【实验器材】,(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。,【实验步骤】,(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。,注意：请设计好伸长结点的位置，以便作图。,(3)用

3、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。,示数,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。,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。,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。,f1,f,f/,o,f/是理论值， f是实验值,f2,在误差允许范围内，理论值和实

4、验值大小相等方向相同。验证了平行四边形定则的正确性。,实验过程展示,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.,【误差分析】,3.两个分力的起始夹角太大,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.,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

5、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,【注意事项】,(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

6、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,(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。,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

7、的合力f.,【交流与思考】,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.,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

8、力与分力的关系,不能验证平行四边形定则.,【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

9、，作图是错误的,【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.,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

10、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。,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() 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,bc,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

11、、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： _;_;_. 然后用一个弹簧测力计把橡皮条拉长，使结点到达 _，再记下_.,【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

12、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)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_.,【解析】(1)选b、c、d.本实验中，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,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,4.在“验证力的平行四边形 定则”的实验中，两只弹簧 测力计的拉力f1和f2已于右 图中作出了它们的图示，o 点是橡皮条