Question

15．在“验证力的平行四边形定则”的实验中，将橡皮条的一端固定在水平木板上另一端系上两根细绳，细绳的每一端都有绳套如图1，实验中需用两个弹簧测力计分别勾住绳套，并互成角度地拉像皮条．

（1）某同学认为在该实验过程中必须注意以下几项，其中正确的是：CA．两根细绳必须等长B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
（2）在本实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一位置O点，以下操作中正确的有BA、同一次实验中，O点位置允许变动．B、实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度．C、实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计的拉力的大小和方向，把橡皮条的节点拉到O点．D、实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两弹簧秤之间的夹角应取90°不变，以便于算出合力的大小
（3）做本实验时，其中的三个实验步骤是：①在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在板上，
另一端栓两根细线，通过细线同时用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达到某一位置O点，在白纸上记下O点和两弹簧测力计的读数F₁和F₂在纸上②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只用一个弹簧测力计通过细绳拉橡皮条，使它伸长量与用两个弹簧测力计拉时相同，记下此时弹簧测力计的读数F′和细绳的方向．以上三个步骤中均有错误或遗漏，指出错在哪里：在①中是应记下两个细绳套的方向即F₁和F₂的方向在②中是应依据F₁和F₂的大小和方向作图在③中是应将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点
（4）如图2所示，橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两个细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度值为0.1N的弹簧测力计，沿着两个不同的方向拉弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图2甲所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出．①由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为2.5N和4.0N（只需读到0.1N）②在图乙的方格纸中按作图法的要求画出这两个力及它们的合力

（5）如图3所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？甲（力F′是用一个弹簧测力计拉时的图示）

Answer 1

分析 （1、2、3）在实验中使用一根弹簧秤拉细线与两根弹簧秤拉细线的作用效果要相同（即橡皮条拉到同一位置），而细线的作用是画出力的方向，弹簧秤能测出力的大小．因此细线的长度没有限制，弹簧秤的示数也没有要求，两细线的夹角不要太小也不要太大，但拉弹簧秤时必须保证与木板平面平行．
（4）先得出弹簧秤的最小分度，再由指针的位置读出拉力的示数；画力的图示应注意先选择合适的标度，再由标度表示出力的大小，由细线的方向得出力的方向；根据作图的方法作图即可．
（5）用一个弹簧拉橡皮筋时的力为实际值，实际值一定是沿着橡皮筋方向的．

解答 解：（1）A、细线的作用是能显示出力的方向，所以不必须等长，故A错误；
B、两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线的夹角平分线上，故B错误；
C、在拉弹簧秤时必须要求弹簧秤与木板平面平行，否则会影响力的大小，故C正确；
故选：C．
（2）A、要保证两个弹簧称的拉力与一个弹簧称的拉力效果相同，橡皮条要沿相同方向伸长量相同，则O点的位置应固定．故A错误．
    B、本实验是在水平面作力的图示，为了减小误差弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计的刻度．故B正确．
    C、本实验，弹簧称的拉力应不超过量程，两个弹簧称拉力的大小没有要求，只要使两次效果相同就行，故C错误．
    D、本实验只要使两次效果相同就行，两个弹簧称拉力的方向没有限制．故D错误．
故选：B．
（3）该实验采用“等效法”进行，即一个弹簧秤和两个弹簧秤拉橡皮条与细绳套的结点时应该拉至同一位置O点，由于力是矢量，因此在记录数据时，不光要记录力的大小，还要记录其方向，这样才能做平行四边形，从而验证两个力的合力大小和方向是否与一个力的大小和方向相同．
所以在①中是应记下两个细绳套的方向即F₁和F₂的方向，在②中是应依据F₁和F₂的大小和方向作图，在③中是应将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点，
（4）由图可知，弹簧秤的最小分度为0.1N，则读数分别为：2.5N和4.0N，
取如图所示的两格表示0.5N，则可得出F₁、F₂，由上图得出两力的方向；作出平行四边形，即其对角线的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，故两个力及它们的合力图示如下所示：

（5）实验中F是由平行四边形得出的，而F′是通过实验方法得出的，其方向一定与橡皮筋的方向相同，而由于实验过程不可避免的存在误差，因此理论值F的方向与竖直方向总要有一定夹角，所以甲比较符合实验事实．
故答案为：（1）C；（2）B；（3）应记下两个细绳套的方向即F₁和F₂的方向；应依据F₁和F₂的大小和方向作图；应将橡皮条与细绳套的结点拉至同一位置O点；
（4）2.5；4.0；（5）甲

点评 本实验采用是等效替代的思维方法．实验中要保证一个合力与两个分力效果相同，结点O的位置必须相同．对于实验题目，只有亲自做过实验，做起来才能心中有数，而且会起到事半功倍的效果，通过背实验而做实验题目效果会很差．