学生实验含PPT的教学设计及点评

7 实验：验证力的平行四边形定则

一、实验目的

1．验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则．

2．进一步练习作图法求两个共点力的合力．

二、实验原理

如果使F1、F2的共同作用效果与另一个力F′的作用效果相同(橡皮条在某一方向伸长一定的长度)，那么，F′就是力F1、F2的合力．再以F1、F2为邻边用平行四边形定则求出合力F，那么在实验误差允许范围内，F与F′应该大小相等、方向相同．

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)、铅笔.

一、实验步骤

1．仪器的安装：用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．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，如图3-7-1所示．

图3-7-1 2．操作与记录：

(1)两力拉：用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图3-7-1所示)．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数．

(2)一力拉：只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．

3．作图与分析：

(1)理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计同时拉时弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，如图3-7-2所示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.

图3-7-2 (2)测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示．

(3)相比较：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是否相等．

4．重复做实验：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′在实验误差允许的范围内是否相等．

二、误差分析

偶然误差

产生原因

读数

作图

减小方法

正视、平视弹簧测力计刻度

(1)两分力夹角在60°～120°之间

(2)弹簧测力计读数尽量大

三、注意事项

1．弹簧测力计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数值误差，若存在，应加以校正．

2．被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦．

3．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．

4．在具体实验时，两分力间夹角不宜过大，也不宜过小，以60°～120°之间为宜．

5．读数时应正视、平视刻度．

6．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. 实验探究1

实验原理的理解

在“验证力的平行四边形定则”实验中，某同学用图钉把白纸固定在水平放置的木板上，将橡皮条的一端固定在板上一点，两个细绳套系在橡皮条的另一端．用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套，互成角度地施加拉力，使橡皮条伸长，结点到达纸面上某一位置，如图3-7-3所示．请将以下的实验操作和处理补充完整：

图3-7-3 ①用铅笔描下结点位置，记为O；

②记录两个弹簧测力计的示数F1和F2，沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点，用刻度尺把相应的点连成线；

③只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置O，记录测力计的示数F3，

；

④按照力的图示要求，作出拉力F1、F2、F3；

⑤根据力的平行四边形定则作出F1和F2的合力F；

⑥比较

的一致程度，若有较大差异，对其原因进行分析，并作出相应的改进后再次进行实验．

【解析】

③用铅笔描出绳上的几个点，用刻度尺把这些点连成直线(画拉力的方向)，目的是画出同两分力产生相同效果的这个力的方向．

⑥F与F3作比较，即比较用平行四边形作出的合力和产生相同效果的实际的力是否相同，即可验证力的平行四边形定则的正确性．

【答案】

③沿此时细绳套的方向用铅笔描出几个点，用刻度尺把这些点连成直线

⑥F与F3

实验探究2

实验作图和误差分析

李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图3-7-4甲所示．

【导学号：57632060】

甲

乙

图3-7-4 (1)试在图甲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

．

A．两弹簧测力计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，两弹簧测力计的拉力是分力

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

证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

(3)图乙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′是用一只弹簧测力计拉时的图示) 答：

(4)在以上实验结果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：

【解析】

(1)用平行四边形定则作图，即以F1、F2为两邻边作平行四边形，对角线就表示合力F.(标上箭头表明方向)

(2)两分力可以同时大于合力，故A正确；结点受三个力作用处于平衡状态，其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力——橡皮筋拉力等大、反向，是一对平衡力，而橡皮筋的拉力不是合力，故B错；只有保证结点在同一位置才能说明作用效果相同，故C对；在此实验中，若两个分力的大小变化而方向都不变，则合力必定变化，故D错．

(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线，单个弹簧测力计的拉力F′一定与橡皮筋共线，故张华的实验比较符合实验事实．

(4)F2的大小比真实值偏小且方向比真实值方向偏左，作图时两虚线分别与F1线和F2线不严格平行．