3.4力的合成实验
实验时一定要明确本实验的设计思想:在已知分力和合力大小及方向的条件下,探索分力和合力之间满足什么关系,从而得出力的平行四边形定则。它与后面将要介绍的利用平行四边形定结论:(1)、两个或多个分力的作用效果与一个力的作用效果相同。 (2)、两个或多个力的合成遵循平行四边形定则。 则求两个共点力的合力,从而验证平行四边形定则是不同的。
三、【实验器材】图板、图钉、白纸、橡皮筋、弹簧测力计(2 个) 、刻度尺、量角器、细绳套(两个)、细芯铅笔。
四、【实验探究】下面我们通过实验探究一下两个共点力的合力大小与分力的关系。 1、实验步骤 :
1) 用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上。
2) 用图钉把橡皮条的一端固定在A 点上,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
3) 用两个弹簧秤分别勾住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将节点拉到某一位置 O,如图(1),记录两弹簧秤的读数(F 1、
F 2力的大小) ,用铅笔描下O 点位置及此时两条细绳套的方向(力的方向)。
4) 去掉一个测力计,只用一个弹簧秤勾住细绳套,把橡皮条的节点拉到同一位置 O,记下此时秤的示数F 及细绳的方向。
5)取下白纸, 用铅笔和刻度尺从O 点沿两条细绳方向画直线,按一定比例,用有向线段在纸上画出F 1、F 2和F 。以F 1和F
2为邻边作平行四边形,F 1与F 2之间的对角线用F ′表示。
6) 比 较 F′与 F 的大小和方向(F ′与F 之间的夹角记为Δθ)。 7) 改变 F1 和 F2 的大小和夹角,重复以上实验,将结果填入下列表格中。 表(1)探究力的合成
(3)、F 和F ′在误差范围内重合。 2、注意事项:
1)弹簧秤选取方法是:将两只弹簧秤调零厚互钩水平对拉,若两只弹簧秤在对拉过程中读数相同,则可选;若读数不同,应另换,直到相同为止。
2) 实验前,首先检查指针是否在零刻度线上,若不在应校正零位(无法校正的,要记录零误差)。实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,使用时不能超过弹性限度,读数时应正对、平视刻度,估读到最小刻度的下一位。
3)不要用老化橡皮筋检查方法时用一个弹簧拉橡皮筋,要反复做几次使橡皮筋拉到相同的尺度,看弹簧秤示数有无变化。
4)不要直接以橡皮筋端点为节点。可拴一细绳连两细绳套,以三绳交点为节点,且节点应小点,以便准确记录O 点位置。
5)细绳套应适当长些,便于确定力的方向,不要直接沿细绳套方向画直线,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 点连线用来确定力的方向。
6)本次实验中,以橡皮条的伸长(节点到达某一位置)来衡量力的作用效果,因此,在同一次实验中应使两种情况下节点到达同一位置。
7) 画力的图示时,标度的选取应恰当,要严格按几何作图法求合力。 3、 数据处理及误差分析
以F 1、F 2为邻边作平行四边形,并作出对角线F’与F 比较,如右
F 2
F 1 图。F 和F ′在误差范围内重合。
F’
本实验的主要误差来源于读数、作图,此外还有弹簧秤本身的误差,
因此,首先应检查弹簧秤的零点是否准确,在实验中拉细绳时必须与木板平行,读数时眼睛一定要正对刻度,按有效数字记录示数,作图时要准确,两个分力 F1 和 F2 间夹角不能太大或太小,要按实验的要求进行操作、读数、作图,即使存在误差,也应该是正常的,不能用数据拼凑使实验非常完美,也不能只用特殊角度而不管其一般性。
【例题】在做“探究求合力的方法”的实验中,下面说法正确的是 ( )
A. 把两条细线中的一条与弹簧秤连接,然后同时拉动这两条细线,使橡皮条一端伸长到O 点位置,读出秤的示数F l 和F 2的值
B. 把两条细线中的一条与弹簧秤连接,然后同时拉动这两条细线,使橡皮条的一端伸长到O 点,读出弹簧秤的示数F 1;放回橡皮条,再将弹簧秤连接到另一根细线上,再同时拉这两条细线,使橡皮条再伸长到O 点,读出秤的示数F 2
C. 用弹簧秤连接一条细线拉橡皮条,使它的一端伸长到O 点,读出F l ;再换另一条细线与弹簧秤连接拉橡皮条,使它的一端仍然伸长到O 点,读出F 2
D. 把两根细线中的一条细线与弹簧秤连接,然后同时拉这两条细线,使橡皮条的一端伸长到
O 点,记下两细线的方向及秤的示数F l ;放回橡皮条后,将弹簧秤连接到另一根细线上,再同时
拉这两条细线,使橡皮条一端伸长到O 点,并使两条细线位于记录下来的方向上,读出弹簧秤的读数为F 2.
解析:本实验是用橡皮条的伸长来显示力的作用效果, 相同的作用效果应该是使橡皮条沿相同的方向伸长相同的长度。用一只弹簧秤实验,与用两只弹簧秤完成该实验基本步骤相同,但必须保证效果相同,同时能完整地作出平行四边形进行比较. 答案:D
拓展:本实验要研究合力和分力的关系,把第一次两个弹簧测力计的拉力F 1和F 2看作与第二次一个弹簧测力计拉力F 单独作用的效果相同时,F 1、F 2和F 才构成分力和合力的关系,在这个实验中,用橡皮条在拉力作用下发生的形变来反映力的作用效果,这个形变包括伸长量和伸长方向两项,伸长量反映橡皮条所受合力的大小,伸长方向反映橡皮条所受合力的方向,仅用其中的一项不能完整表示力的作用效果. 【当堂检测】
1、关于“探究求合力的方法”实验, 下列说法正确的是( )
A. 两串钩码的拉力与某一串钩码的拉力作用效果相同 B. 实验中不必记录两分力的夹角 C. 实验中必须记录两分力的方向
D. 实验中必须记录橡皮条端点最终被拉到的位置 2、试验中,为减小实验误差,可采用的方法有( ) A 、两个分力F 1、F 2间的夹角要尽量大一些 B 、两个分力F 1、F 2的大小要尽量大一些 C 、拉橡皮条的细绳要稍长一些
D 、在实验中,弹簧测力计必须与木板平行,读数时视线要正对弹簧测力计刻度 3、在《探究力的合成》实验中,其中的三个实验步骤:
(l)在水平放置的木板上垫一张白纸,把橡皮条的一端固定在木板上,另一端拴两根细线,通过细线同时 用两个测力计互成角度地拉橡皮条.使它与细线的结点到达某一位置 O 点,在白纸上记下 0 点和两测力计 的读数 F1 和 F2;
(2)在纸上根据 F1 和 F2 的大小,应用平行四边形定则作图求出合力 F ;
(3)只用一只测力计通过细绳拉橡皮条.使它的伸长量与两测力计拉时相 同.记下此时测力计的读数 F ’和细绳的方向.
以上三个步骤中均有错误或疏漏,请指出。
4、实验中,假如 F1 的大小及方向固定不变.那么为了使橡皮条仍然伸长到 O 点.对 F2 来说.下面几种说法中正确的是(
)
A .F2 有多个方向 B .F ’的方向和大小可以有多个值
C. F2
的方向和大小是惟一确定值 D .F2 的方向是惟一的.但大小可以有多个值 5、下图是两个同学做“互成角度的两个力的合成”实验时得到的结果。他们得到使橡皮筋的结点拉到O 点时所需的两个力F1、F2及一个力时的F ,并用平行四边形定则画出了等效力F’,如图所示。判断两人处理实验结果正确的是 。
【学后反思】
甲
乙