实验:验证力的平行四边形定则
[学习目标] 验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则.
一、实验原理和方法
结点受三个共点力作用处于平衡状态,则F1与F2的合力必与橡皮筋的拉力平衡;改用一个拉力F′,使结点仍到原位置O点,则F′必与F1、F2的合力等效,以F1、F2为邻边作平行四边形求出合力F,比较F′与F的大小和方向,以验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则.
二、实验器材
方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔、橡皮筋、细绳(两根)等.
三、实验步骤及数据处理
1.仪器的安装:用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上,并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,如图所示.
2.操作与记录
(1)用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,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套的方向.
(2)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.
3.作图与分析
(1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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只用一只弹簧测力计时的拉力F′的图示,如图所示.
(3)比较一下力F′与用平行四边形定则求出的合力F,在误差允许的范围内大小和方向是否相同.
(4)改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复上述实验两次.
四、误差分析
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产生原因
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减小方法
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偶然
误差
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读数误差
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读数时眼睛要正视刻度线
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作图误差
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作图时严格尺度规范作图
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系统
误差
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弹簧测力计
本身的误差
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调零、两弹簧测
力计对拉读数相等
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五、注意事项
1.弹簧测力计的选取方法:将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉,若两只弹簧在对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另选,直至相同为止.
2.保证分力与合力作用效果相同的方法: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.橡皮条老化的检查方法:用一个弹簧测力计拉橡皮条,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.弹簧测力计夹角范围:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°到120°之间为宜.
5.拉力的选取原则:在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下,使拉力适当大些.
6.画力的图示的注意事项:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些.