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第二章实验三验证力的平行四边形定则讲解
F1 1.001 0.580 … 1.002 … F2 -0.868 -0.291 … 0.865 … θ 30° 60° … 150° … (1)根据表格,A传感器对应的是表中力________(选填“F1” 或“F2”)。钩码质量为________ kg(保留1位有效数字)。 (2)本实验中多次对传感器进行调零,对此操作说明正确的是 ( ) A.因为事先忘记调零 B.何时调零对实验结果没有影响 C.为了消除横杆自身重力对结果的影响 D.可以完全消除实验的误差 [解析] (1)A传感器中的力均为正值,故A传感器对应的是表中力F1,平衡时,mg=F1sinθ,当θ=30°时,F1=1.001 N,可求得m=0.05 kg。 (2)在挂钩码之前,对传感器进行调零,目的是为了消除横杆自身重力对结果的影响,故C正确。 [答案] (1)F1 0.05 (2)C * * 返回 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 (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, 图实-3-1 如图实-3-1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(几个)。 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A点,橡皮条的另一端拴上 两个细绳套。 (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,如图实-3 -2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)只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样 的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。 (5)改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验。 图实-3-2 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。 八、实验改进 本实验用一个弹簧测力计也可以完成实验,具体操作如下: (1)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的示数F1。 (2)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F2。 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。 [例1] (双选)在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个
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