第6讲实验验证力的平行四边形定则.doc
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第6讲 实验：验证力的平行四边形定则
探索弹力与弹簧伸长的关系
(一)验证力的平行四边形定则
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名师点金
本实验用简单的方法验证了力的平行四边形定则，这一思想方法比较典型重要．在实验中特别要注意区别实验得到的合力与理论得到的合力，分析两者不完全重合的原因．
知识梳理
一、实验原理
此实验先是用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果(即使橡皮条在某一方向伸长一定的长度)，再看用平行四边形定则求出的两个力的合力与这一个力是否在实验误差允许的范围内相等．如果在实验误差允许的范围内相等，就验证了力的平行四边形定则．
二、实验器材
木板一块、白纸一张、图钉若干、橡皮条一段、铅笔一支、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、量角器等．
三、实验步骤
1．用图钉把一张白纸钉在放于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，将两个细绳套结在橡皮条的另一端．
图6－1
3．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，在平板平面内互成一定角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置O，如图6－1所示．
4．用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧秤的示数．在白纸上按确定的标度作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板，根据平行四边形定则，用作图法求出合力F．
5．只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到位置O，记下弹簧秤的示数和细绳的方向．按同样的标度用刻度尺从O点起作出这个弹簧秤的拉力F′的图示．
6．比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内看是否相等．
7．改变两个分力F1和F2的大小和夹角．再重复实验两次，比较每次的F与F′是否在实验误差允许的范围内相等．
五、注意事项
1．用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内．测力计的挂钩应避免与纸面摩擦．
2．同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变．
3．由经验得知：两个分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大．所以实验中不要把θ角取成120°左右．
4．拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是：使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离尽量远些．
六、实验误差的主要来源
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，这一因素使得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．标度选取不恰当造成作图误差．
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题型方法
例1 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的弹簧秤．沿着两个不同的方向拉弹簧秤．当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图6－3甲所示．这时弹簧秤的示数可从图中读出．
图6－3
(1)由图6－3甲中可读得两个相互垂直的拉力大小分别为F1＝________N和F2＝________N(只要读到0.1 N)．
(2)在6－3乙图的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．
图6－3丙
【解析】从图6－3甲中可知，弹簧秤的最小分度为0.1 N，因此，竖直向下的弹簧秤示数为2.5 N，水平向右的弹簧秤示数为4.0 N．因为读数2.5 N、4.0 N均是0.5 N的整数倍，因此，选方格纸中一个小方格的边长表示0.5 N，应用平行四边形定则即可画出两个力以及它们的合力，如图6－3丙所示．
【答案】2.5 4.0 如图6－3丙所示
【点评】①读数时要注意到弹簧秤“0”刻度线所在位置，否则就容易将竖直弹簧秤示数，读成3.5 N．
②在实验中作图时，要根据坐标纸的大小和弹簧秤上的读数选取适当的标度，使得“平行四边形”在坐标纸中所占的大小适当．
例2 图6－4所示为两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时所得到的实验结果，若F′的作用效果与F1、F2共同作用的效果相同，则一定与实验结果不相符的结果是( )
图6－4
【解析】在实验中，由于各种偶然误差的影响，实验得到的合力矢量可能会与“平行四边形”得到的矢量不完全重合，但是实验得到的合力矢量一定要沿橡皮筋方向．故B、D肯定与实验结果不符．
【答案】BD
(二)探索弹力与弹簧伸长的关系
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名师点金
这是一个探究性实验，在教材中除此处之
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