北京市第十一中学2023届高考物理二轮复习实验专题讲义：实验三 平行四边形法则的验证

实验三: 验证平行四边形定则 1.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. 2.实验原理 1.等效法:使一个力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,如图实所示. 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. 3.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(几个). 3.实验过程: 1.在水平桌面上平放一块方木板, 在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸固定在方木板上. 2.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的 另一端拴上两条细绳,细绳的另一端各系上细绳套. 3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮 条,将结点拉到某一位置O,如图实所示. 4.用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向,读出并记录 两个弹簧测力计的示数. 5.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. 6.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. 7.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. 8.改变F1和F2的大小和方向,再做两次实验. 误差分析: 1.弹簧测力计本身的误差. 2.读数误差和作图误差. 3.两分力F1、F2间的夹角θ越大,用平行四边形定则作图 得出的合力F的误差ΔF也越大. 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,应调整或另换,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.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦.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 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. ( 例1. ( ★★ ) 某同学在家中尝试验证平行四边形定则,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:如图实所示,将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子 A 、 B 上,另一端与第三条橡皮筋连接,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 . ) 【考点】验证力的平行四边形定则 【解析】本实验是通过作合力与分力图示的方法来验证平行四边形定则,需要测量合力与分力的大小,根据这个原理来选择 【答案】(1)A、B、C,三条橡皮筯遵守胡克定律,要测量拉力可以通过测量橡皮筋的长度和原长,得到橡皮筋的伸长量,研究拉力与伸长量的倍数来根据比例作力的图示.为了使两次实验效果相同,必须记下O点的位置来作参照.故不必要的是A.故选:A. (2)在其他条件不变的情况下,要改变实验效果,只有改变重物的质量.故可采用的方法更换不同重量的重物. 【教学建议】本实验在无法测量力的大小的情况下,可以采用比例法作图,只需要测量橡皮筋的伸长量就行. ( 例2. ( ★★ ) 某同学用如图所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”.弹簧测力计A关于固定点P,下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点,手持另一端向左拉,使结点O静止在某位置. ① 分别读出弹簧测力计A和B的示数,并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和 _ 三根细线的方向 . ② 实验用的弹簧测力计示数的单位为N,图中A的示数为 3.6 N. ③ 下列不必要