第5讲　实验三　验证力的平行四边形定则

1．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弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条．

(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的________(填字母代号)．

A．将橡皮条拉伸相同长度即可

B．将橡皮条沿相同方向拉到相同长度

C．将弹簧秤都拉伸到相同刻度

D．将橡皮条和绳的结点拉到相同位置

(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是________(填字母代号)．

A．两细绳必须等长

B．弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行

C．用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大

D．拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要近些

解析　(1)该实验的关键是等效替代，故选B、D.

答案　(1)BD　(2)B

2．在“探究共点力合成规律”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：

A．在白纸上按比例做出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；

B．只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉同样长度；

C．记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；

D．在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮筋的一端固定在板上P点，

用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置O，并记下此位置，如上图所示；

E．记下测力计的读数F′和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这个实测合力F′和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相近；

F．用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；

G．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论．

(1)上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是________(填选项前的字母)；正确的操作应为________。

(2)上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是________(填选项前的字母)；

(3)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为________(填选项前的字母)．

解析　(1)B中只是说“通过细绳把橡皮筋拉同样长度”，并没有强调沿PO方向．(2)本实验中只需要保证弹簧秤两次作用的效果相同即可，没有必要记录橡皮筋被拉伸的实际长度，故多余的步骤是F.(3)根据本实验的实验原理可知，题述实验步骤合理的顺序是DCABEG.

答案　(1)B　只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到O点　(2)F　(3)DCABEG

3．用等效代替法验证力的平行四边形定则的实验情况如下图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳，图乙是白纸上根据实验结果画出的图．

(1)本实验中“等效代替”的含义是________．

A．橡皮筋可以用细绳替代

B．左侧弹簧测力计的作用效果可以替代右侧弹簧测力计的作用效果

C．右侧弹簧测力计的作用效果可以替代左侧弹簧测力计的作用效果

D．两弹簧测力计共同作用的效果可以用一个弹簧测力计的作用效果替代

(2)图乙中的F与F′两力中，方向一定沿着AO方向的是________，图中________是F1、F2合力的理论值，______是合力的实验值．

(3)完成该实验的下列措施中，能够减小实验误差的是________．

A．拉橡皮筋的绳细一些且长一些

B．拉橡皮筋时，弹簧秤、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行

C．拉橡皮筋的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些

D．使拉力F1和F2的夹角很小

解析　(1)验证平行四边形定则的实验中，第一次同时用两个弹簧测力计作用在橡皮筋上，将橡皮筋与细线的结点拉到一个合适的位置，第二次只用一个弹簧测力计作用在橡皮筋上，使橡皮筋与细线的结点到达同样的位置，可见两次弹簧测力计对橡皮筋产生的作用效果相同，可以等效替代，故选D.(2)根据第(1)问的分析可知，力F′一定沿AO方向；据平行四边形定则合成出来的力F是合力的理论值，而力F′则是合力的实验值．(3)细绳越细，重力等因素的影响越小，弹簧测力计的读数越准确；细绳越长，则确定弹簧拉力的方向就越准确；拉橡皮筋时，弹簧测力计、橡皮筋、细绳应贴近木板且与木板面平行，可以避免弹簧测力计中的金属杆与测力计外壳之间的摩擦；拉橡皮筋的细绳长些，在标记同一细绳方向时两点就可以画得适当远一些，这样作图造成的误差就小；拉力F1和F2的夹角很小时，作图造成的误差会较大．综上所述，选A、B、C.

答案　(1)D　(2)F′　F　F′　(3)ABC

4．在“探究求合力的方法”实验中，现有木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套和一把弹簧秤．(1)为完成实验，某同学另找来一根弹簧，先测量其劲度系数，得到的实验数据如下表：

弹力F(N)

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50



伸长量

x(10－2 m)

0.74

1.80

2.80

3.72

4.60

5.58

6.42



根据表中数据在下图中作出F－x图象并求得该弹簧的劲度系数

k＝________N/m；

(2)某次实验中，弹簧秤的指针位置如上图所示，其读数为______N；同时利用(1)中结果获得弹簧上的弹力值为2.50 N，请在下列虚线框中画出这两个共点力的合力F合；

(3)由图得到F合＝________N.

解析　(1)以水平方向为x轴，竖直方向为F轴，建立直角坐标系，然后描点，选尽可能多的点连成一条线，其图线的斜率即为弹簧的劲度系数k，在直线上任取一点，如(6×10－2,3.2)，则k＝ N/m≈53 N/m.

(2)弹簧秤的读数为2.10 N，选标度

合力的图示如图所示．

(3)经测量，合力F合＝3.3 N.

答案　(1)见解析图　53(说明：±2范围内都可)

(2)2.10(说明：有效数字位数正确，±0.02范围内都可)　见解析图　(3)3.3(说明：±0.02范围内都可)

5．甲、乙、丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”实验，所用弹簧测力计的量程为0～5 N，他们都把橡皮条的一端固定在木板上的A点，橡皮条的另一端通过细绳连接弹簧测力计，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，如下图所示，此时细绳都与平板平行，用F1和F2表示拉力的方向和大小．

甲同学：F1和F2的方向互相垂直，F1＝3.0 N、F2＝3.8 N；乙同学：F1和F2方向间的夹角约为30°，F1＝F2＝4.0 N；丙同学：F1和F2方向间的夹角约为120°，F1＝F2＝4.0 N．这三位同学中操作不正确的是哪一位？并说明原因．

解析　甲同学：F1和F2的方向互相垂直，其合力大小小于5 N，小于弹簧测力计的最大测量值；乙同学：F1和F2方向间的夹角约为30°，其合力大小大于5 N，超过了弹簧测力计的最大测量值；丙同学：F1和F2方向间的夹角约为120°，其合力大小小于5 N，小于弹簧测力计的最大测量值；这三位同学中操作不正确的是乙同学．

答案　操作不正确的是乙同学，因为他这两个力的合力超过了弹簧测力计刻度的最大值5 N，之后再用一个弹簧测力计拉橡皮条时拉不到O点.

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