验证力的平行四边形定则

验证力的平行四边形定则

 
【实验目的】
        1.验证互成角度的两个共点力合成时的平行四边形定则.
        2.培养学生应用作图法处理实验数据和得出结论的能力. 

 
【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,如图所示.

        (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. 

 
【实验器材】
        方木板一块、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)、细芯铅笔.

 
【实验过程】
        1.在水平桌面上平放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸固定在方木板上.
        2.用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系上细绳套.
        3.用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,如图所示.

        4.用铅笔描下O点的位置和两条细绳的方向,读出并记录两个弹簧测力计的示数.
        5.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细绳的方向画直线,按一定的标度作出两个力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点的平行四边形的对角线即为合力F.
        6.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O,读出并记录弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度用刻度尺从O点作出这个力F′的图示.
        7.比较F′与用平行四边形定则求出的合力 F的大小和方向,看它们在实验误差允许的范围内是否相等.
        8.改变F1和F2的大小和方向,再做两次实验. 

  
【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的位置一定要相同.
        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.读数时应注意使弹簧测力计与木板平行,并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上,避免弹簧测力计的外壳与弹簧测力计的限位卡之间有摩擦.
        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.

 
【误差分析】
        1.误差来源:除弹簧测力计本身的误差外,还有读数误差、作图误差等.
        2.减小误差的办法:
        (1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度,要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录.
        (2)作图时用刻度尺借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行.