3.甲、乙和丙三位同学做“互成角度的两个力的合成”的实验,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,如图2-5-5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合适的是哪一位?并说明原因.
甲 乙 丙
图2-5-5
[答案] 操作不合适的是乙同学,因为他这两个力的合力超过了测力计刻度的最大值5 N,若再用一个弹簧测力计拉时拉不到O点.
B组 高考题组
2.(2014·安徽名校联考)在“验证力的平行四边形定则”的实验中,某小组利用如图2-5-4甲所示的装置完成实验,橡皮条的一端C固定在木板上,用两只弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点.
(1)(多选)则下列叙述正确的是( )
A.该实验中CO的拉力是合力,AO和BO的拉力是分力
B.两次操作必须将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
C.实验中AO和BO的夹角应尽可能大
D.在实验中,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的刻度线
(2)对数据处理后得到如图乙所示的图线,则F与F′两力中,方向一定沿CO方向的是________.
甲 乙
图2-5-4
[解析] (1)AO和BO的拉力与CO的拉力的合力为零,它们之间不是合力与分力的关系,A错误;实验中两次拉伸橡皮条,注意将橡皮条和绳的结点拉到相同位置,以保证两次操作中CO的拉力是相同的,则选项B正确;如果AO和BO的夹角适当,则两个分力可以将结点拉到O点,若夹角过大,则两拉力不一定能将结点拉到O点,所以选项C错误;弹簧测力计与木板平行以便保证各力在同一平面内,正对弹簧测力计的刻度线读数可以减小偶然误差,因此D正确.
(2)由图乙知,F是二力用平行四边形定则合成所得,F′是用一个力拉橡皮条时的外力,故一定与CO共线的是F′.
[答案] (1)BD (2)F′
1. (多选)某同学在家中用三根相同的橡皮筋(遵循胡克定律)来探究求合力的方法,如图2-5-3所示,三根橡皮筋在O点相互连接,拉长后三个端点用图钉固定在A、B、C三点.在实验中,可以通过刻度尺测量橡皮筋的长度来得到橡皮筋的拉力大小,并通过OA、OB、OC的方向确定三个拉力的方向,从而探究求其中任意两个拉力的合力的方法.在实验过程中,下列说法正确的是( )
图2-5-3
A.实验过程中需要测量橡皮筋的长度以及橡皮筋的原长
B.为减小误差,应选择劲度系数尽量大的橡皮筋
C.以OB、OC为两邻边作平行四边形,其对角线必与OA在一条直线上且长度相等
D.多次实验中O点不必固定
[解析] 胡克定律关系式F=kx中的x是橡皮筋的形变量,实验时应使x适当大些可减小误差,则应选择劲度系数适当的橡皮筋,故A正确,B错.实验有一定的误差,故以OB、OC为两邻边作平行四边形时,其对角线不一定与OA在一条直线上,C错;在多次实验中,不必使O点固定,D项正确.
[答案] AD
2.弹簧测力计读数和作图不准造成偶然误差.
实验改进
本实验在实际操作中,发现很难做到弹簧测力计的拉力方向在水平面上,致使作图法获得的合力F与用一个弹簧测力计拉结点在同一位置O时的力F′误差较大,为防止这种情况的出现,可以在竖直面内进行该实验,这样就较容易控制弹簧测力计的拉力在同一平面内.当然也可以用专门的验证力的平行四边形定则的实验仪器进行实验.
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实验步骤 |
(2014·扬州中学检测)某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验中,主要步骤是:
A.在水平桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上;
B.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,细绳的另一端系着绳套;
C.用两只弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条拉长,结点到达某一位置O,记录下O点的位置,读出两只弹簧测力计的示数;
D.按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并用平行四边形定则求出合力F;
E.只用一只弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示;
F.比较力F′和F的大小和方向,看它们是否相同,得出结论.
上述步骤中:(1)有重要遗漏的步骤的序号是________和________.
(2)遗漏的内容分别是:________________________________________________________________________
和________________________________________________________________________.
[解析] (1)根据实验操作步骤和原理可知,该实验的重要思想是等效替代,因此必须要记录每一次实验操作中的力的大小和方向,故可确定有重要遗漏的步骤是C、E.(2)根据验证力的平行四边形定则的操作规程可知:C中未记下两条细绳的方向;E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了O位置.
[答案] (1)C E (2)C中未记下两条细绳的方向 E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了O位置
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实验原理与数据的处理 |
(2014·郑州一中模拟)在“探究力的平行四边形定则”的实验中,首先用两个弹簧秤分别钩住绳套,在保证弹簧秤与木板平行的条件下,互成角度地拉长橡皮条,使结点到达O点,用铅笔记下O点
位置及两细绳的方向,如图2-5-2中的OA、OB方向,读出两弹簧秤的示数FOA=2.7 N、FOB=3.3 N.
图2-5-2
(1)根据平行四边形定则,在图中利用图示法求出FOA与FOB的合力,其大小F=________.
(2)为了完成本实验,还要进行的一项关键操作是________,在本操作中需要记录的是________和________.
[解析] (1)选定相同的标度,按比例作出FOA与FOB的图示,再利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则作出合力F的图示,最后量出合力F的长度,根据标度计算出合力F的大小为4.5 N.
(2)前面的操作,作出了两个分力FOA与FOB,并且根据力的平行四边形定则作出了它们的合力F的理论值,接下来,还要作出分力FOA与FOB的合力F的实验值,具体操作为:只用一个弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O点,并记录弹簧秤的示数和拉力的方向,按照与前面相同的标度从O点起作出这个弹簧的拉力的图示.
[答案] (1)4.4 N至5.2 N均可 (2)只用一个弹簧秤将橡皮条的结点拉到同一位置O点 弹簧秤的示数 拉力的方向
A组 双基题组
1.弹簧测力计本身不够准确造成系统误差.
7.改变两个分力的大小和夹角,再做两次实验.
误差分析
6.比较力F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向,在实验误差允许的范围内看它们是否相等.
5.只用一个弹簧测力计,通过细绳把橡皮条的结点拉到同一位置O.读出弹簧测力计的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F′的图示.
4.用铅笔和刻度尺从力的作用点(位置O)沿着两绳套的方向画直线,按选定的标度作这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,以F1和F2为邻边利用刻度尺和三角板作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,即为合力F的图示.
3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O.用铅笔描下O点的位置和两条细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数.注意在使用弹簧测力计的时候,要使它的弹簧与木板平面平行.
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