物理实验二验证力的平行四边形法则
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验证力的平行四边形定则作者:李振业来源:《山东青年》2018年第07期摘要:本实验先把钉有白纸的方木板平放在桌面上用图钉把橡皮条的一端固定在A点,另一端栓上两个细绳套,然后用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,与木板平面平行地互成角度地拉橡皮条到某一位置O,用铅笔描下O的位置及细绳的方向,并记录下弹簧秤的度数。
利用平行四边形法则计算出合力F′,并利用弹簧秤直接测出弹簧秤合力F,比较F与F′的方向和大小,验证力的平行四边形定则。
该实验可能会出现较大的实验误差,本文对误差产生的原因也进行了分析。
关键词:力的平行四边形定则;弹簧测力计1.前言在大多数实际问题里,物体不只受到一个力,而是同时受到几个力。
如果一个力的作用效果与几个力共同的作用效果相同,则这一个力就叫做这几个力的合力。
力的合成作为物理学学习中必不可少的方法之一,在力学里发挥着至关重要的作用。
在掌握力的合成的方法基础上,可以通过数学计算及推导求出合力的大小及方向,从而在实际生活中对其进行更好的应用。
平行四边形定则实验应用于物理学,是基本测量工具和测量数据。
通过平行四边形定则可以很清楚的计算力的大小,为将来计算力打下来基础。
本实验(如图1)先把钉有白纸的方木板平放在桌面上用图钉把橡皮条的一端固定在A点,另一端绑上两个细绳套,然后用两个弹簧测力计分别钩住细绳套,与木板平面平行地互成角度地拉橡皮条到某一位置O,用铅笔描下O的位置及细绳的方向,并记录下弹簧秤的度数。
利用平行四边形法则计算出合力F′,并利用弹簧秤直接测出弹簧秤合力F,比较F与F′的方向和大小,验证力的平行四边形定则。
2.实验仪器与步骤2.1 实验仪器橡皮条、细绳套(2个)、方木板、图钉(若干)、白纸、弹簧测力计(2个),三角板。
2.2 实验步骤(1)把橡皮条的一端固定在板上的A点。
(2)用两条细绳结在橡皮条的另一端,通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条,橡皮条伸长,使节点伸长到O点。
该实验需要注意橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内,测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。
第一部分:概述1. 引出物理学中的力和平行四边形定则的概念在物理学中,力是一种能够改变物体运动状态或形状的物理量,它是导致物体加速度产生的原因。
平行四边形定则是力学中一个重要的定理,它描述了多个力共同作用在一个物体上时所产生的结果。
通过实验验证平行四边形定则,可以更深入地理解力的性质和作用。
2. 介绍本文要探讨的内容本文将介绍高中物理课程中一个常见的实验,即验证力的平行四边形定则。
我们将通过实验的具体步骤、原理和实验结果,全面展示该实验的重要性和意义。
第二部分:实验准备3. 实验仪器和材料准备- 弹簧测力计- 直线导轨- 滑块- 杂物组- 桌子、椅子等实验台面4. 实验原理- 力的平行四边形定则- 牛顿第二定律第三部分:实验步骤5. 实验操作步骤1)在实验台面上安装直线导轨,确保导轨平整稳固。
2)将滑块装在导轨上,并用弹簧测力计测量滑块所受重力,记录下测量值。
3)在滑块上方放置一重物,使其悬挂在滑块上,测量悬挂重物的重力大小,并记录下测量值。
4)移除悬挂重物,将其放置在滑块上方,使其与滑块构成一个夹角,并在弹簧测力计上分别测量平行于滑块的力和垂直于滑块的力的大小。
5)通过不同组合测量滑块所受的合力大小和方向,记录下各测量值。
第四部分:实验结果分析6. 数据处理和结果分析实验结果显示,当施加的力不平行时,合力的大小和方向会发生变化;而当施加的力平行时,合力的大小和方向仍可以通过平行四边形法则进行求解。
第五部分:实验结论7. 实验结论通过本次实验,我们验证了力的平行四边形定则,即当多个力共同作用于一个物体时,它们所产生的合力可以用平行四边形法则确定。
这一定律的验证进一步验证了牛顿第二定律,揭示了力的叠加定律的重要性和普遍性。
第六部分:总结8. 实验的意义和应用力的平行四边形定则是力学中的重要原理,它不仅有理论意义,而且在各种工程和科学研究中都有着广泛的应用。
通过本次实验,我们更深入地了解了力的性质和作用,并在实践中得到了验证和应用。
物理·电工学基础(第2版)
·32·2.4 力的合成
2.4.1 合力与分力
在大多数实际问题当中,物体不只是受到一个力的作用,而是同时受到几个力的作用。
一个物体受到几个力共同作用的时候,我们常常可以求出这样一个力,这个力产生的效果跟原来几个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫做那几个力的合力,那几个力叫做这个力的分力。
例如,一桶水可以由两个人来抬,也可以由一个人单独提起。
从图2-12中可以看出,F为F1、F2的合力,F1、F2为F的两个分力。
图2-12 合力与分力
2.4.2 力的平行四边形法则
求几个已知力的合力叫做力的合成。
下面我们研究力的合成的规律。
若几个力作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于一点,则这几个力就叫做共点力。
下面研究两个共点力的合成。
两人打夯时,两人用力的方向就互成角度,这时合力怎样呢?
根据实验可知:如果以力F1和F2为邻边做成平行四边形,这个平行四边形的对角线就可以表示出它们的合力F的大小和方向,如图2-13(a)所示。
改变F1和F2的大小和方向,重做上述试验,可以得到同样的结论。
图2-13 力的平行四边形法则。
验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则【基础回顾】考点内容:验证力的平行四边形定则考纲解读:1.知道什么是等效替代法。
2.能用作图法验证互成角度的两个力合成时遵守平行四边形定则.★基本实验要求:1.实验原理:互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F’产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F’在实验误差允许范围内是否相等.2.实验器材:木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.3.实验步骤验证力的平行四边形定则(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上.(2)用两个弹簧测力计分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O.如实验原理图所示.(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数,利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.(4)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧测力计的读数F’和细绳的方向.(5)比较F’与用平行四边形定则求得的合力F,看它们在实验误差允许的范围内是否相等.★规律方法总结:1.正确使用弹簧测力计:(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中,读数相同,可选;若不同,应另换或调校,直至相同为止.(2)使用时,读数应尽量大些,但不能超出范围.(3)被测力的方向应与轴线方向一致.(4)读数时应正对、平视刻度.2.注意事项:(1)位置不变:在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同.(2)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~100°之间为宜.(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些.细绳套应适当长一些,便于确定力的方向.(4)统一标度:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度,使力的图示稍大一些.3.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.【基础达标】1、某同学用两个弹簧测力计、一根橡皮筋、细绳套、三角板及贴有白纸的方木板等器材,进行“验证力的平行四边形定则”的实验。
加速时空加速时空把握未来 高中物理实验复习要点整理一、验证性实验⑴验证力的平等四边形定则1:目的:验证平行四边形法则。
2.器材:方木板一个、白纸一张、弹簧秤两个、橡皮条一根、细绳套两个、三角板、刻度尺,34523.实验条件:a.入射小球的质量m1大于被碰小球的质量m2(m1 >m2)b.入射球半径等于被碰球半径c.入射小球每次必须从斜槽上同一高度处由静止滑下。
d.斜槽未端的切线方向水平e.两球碰撞时,球心等高或在同一水平线上4.主要测量量:a.用天平测两球质量m1、m2b.用游标卡尺测两球的直径,并计算半径。
C.确定小球的落点位置时,应以每次实验的落点为参考,作一尽可能小的圆,将各次落点1232 456ab12mm,每格与主尺最小分度差0.05(即二十分子一)mm; 50分度的卡尺,游标总长度为49mm,分成50等份,每等份为49/50mm,每格与主尺最小分度差0.02(即1/50)mm; (2)读数方法:以洲标尺的零刻线对就位置读出主尺上的整毫米数,再读出洲标尺上的第几条线一心尽的某条线重合,将对齐的洲标尺刻度线数乘以该卡尺的精确度(即总格的倒数),将主尺读数与游标读数相加即得测量值。
●螺旋测微器(1)工作原理:每转一周,螺杆运动一个螺距0.5mm,将它等分为50等份,则每转一份即表示0.01mm,故它精确到0.01mm即千分之一厘米,故又叫千分尺。
(2)读数方法:先从主尺上读出露出的刻度值,注意主尺上有整毫米和半毫米两行刻线,不要漏读半毫米值。
再读可动刻度部分的读数,看第几条刻度线与主尺线重合(注意估读),乘以0.01mm即为可动读数,再将固定与可动读数相加即为测量值。
注意:螺旋测微器读1234abcd1234平衡,痱子粉应均匀浮在水面上(3)向水面滴酒精溶液时应靠近水面,不能离水面太高,否则油膜难以形成。
(4)向水面只能滴一滴油酸溶液(5)计算分子直径时,注意滴加的不是纯油酸,而是酒精油酸溶液,应用一滴溶液的体积乘以溶液的体积百分比浓度(4)测定金属的电阻率1.电路连接方式是安培表外接法,而不是内接法。
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实验二力的平行四边形定则误差分析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.减小误差的方法(1)结点O①定位O点时要力求准确。
②同一次实验中橡皮条拉长后的O点必须保持不变。
(2)拉力①用弹簧测力计测拉力时要使拉力沿弹簧测力计轴线方向。
②应尽量使橡皮条、弹簧测力计和细绳套位于与纸面平行的同一平面内。
③两个分力F1、F2间的夹角θ不要太大或太小。
(3)作图①在同一次实验中,选定的标度要相同。
②严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力。
注意事项操作不忘“三”“二”“一”用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置),用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)及“一注意”(结点O的位置必须在同一位置)等。
热点一实验原理与实验操作【例1】(2019·江苏省天一中学高三11月月考)某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图1甲所示,其中A为固定橡皮条的图钉,O为橡皮条与细绳的结点,OB与OC为细绳。
图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。
图1(1)如果没有操作失误,图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是________。
(2)本实验采用的科学方法是________。
A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法图2(3)本实验用的弹簧测力计示数的单位为N,则图2的示数为________N。
(4)为减小实验误差,下列措施正确的是________。
A.两条细绳的夹角必须很大B.弹簧测力计、细绳、橡皮筋都应与木板平面平行C.拉橡皮筋的细绳要稍长一些,标记同一条细绳的方向时两标记点要适当近一些D.应尽量避免弹簧测力计与木板间的摩擦解析(1)F是通过作图的方法得到合力的理论值,而F′是通过一个弹簧测力计沿AO方向拉橡皮条,使橡皮条伸长到O点,使得一个弹簧测力计的拉力与两个弹簧测力计的拉力效果相同,测量出的合力,故方向一定沿AO方向的是F′,由于误差的存在F和F′方向并不重合。
物理实验探索力的平行四边形法则在物理实验中,探索力的平行四边形法则被广泛运用。
这个法则是描述力的合成以及力的平衡的基本原理。
本文将详细介绍力的平行四边形法则,并解释其在物理实验中的应用。
力的平行四边形法则是指两个向量力的合成所遵循的规则。
它通过将两个力的向量相加,得到一个力的合力,即两个力共同作用在物体上产生的结果力。
根据力的平行四边形法则,合力可以根据两个力的大小和方向来确定。
合力的大小等于两个力向量的矢量和的大小,方向则由两个力的向量指向的平行四边形的对角线决定。
在物理实验中,探索力的平行四边形法则可以通过以下步骤:1. 确定实验中的作用力:首先,需要确定实验中作用在物体上的全部外力。
在测量力的大小时,可以使用力传感器等仪器进行准确测量。
2. 绘制力的向量图:将实验中的各个力按照其大小和方向绘制成向量图,并确保它们的起点位于同一个点。
3. 构建平行四边形:将力的向量按照大小和方向相连,形成一个平行四边形。
4. 通过力的合成确定合力:在平行四边形的对角线上选择一个点,该点表示力的合力的大小和方向。
通过力的平行四边形法则,可以得到力的合成结果。
这个结果有助于我们理解和解释物体的运动情况,以及分析力的平衡和不平衡情况。
在力的平行四边形法则的应用过程中,还需要考虑向量的正负方向。
当两个力的方向相同时,合力的方向与两个力的方向相同;当两个力的方向相反时,合力的方向与两个力的方向相反。
这一点要在实验数据分析和计算中特别注意。
此外,力的平行四边形法则还经常与其他物理定律和原理配合使用。
例如,与牛顿第二定律结合使用时,可以用平行四边形法则表示合力对物体的加速度产生的影响。
这样,我们可以更好地理解和解释物体在复杂力作用下的运动规律。
总结起来,物理实验中的力的平行四边形法则是一种重要的工具和方法,用于解析和研究力的合成与平衡。
通过合理运用平行四边形法则,我们可以更深入地探索物体受力和运动的规律。
了解和掌握平行四边形法则对于物理实验的设计和数据分析都具有重要的意义。
验证力的平行四边形定则一、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.培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力.二、实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果,看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相等.三、实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺.四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上.2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套.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,使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向.4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向.5.改变两弹簧测力计拉力的大小和方向,再重做两次实验.五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示.2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤4中弹簧测力计的拉力F′的图示.3.比较F与F′是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则.六、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,读数相同.2.在同一次实验中,使橡皮条拉长时,结点O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.实验时弹簧测力计应与木板平行,读数时眼睛要正视弹簧测力计的刻度,在合力不超过量程及橡皮条弹性限度的前提下,拉力的数值尽量大些.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.七、误差分析1.弹簧测力计本身的误差.2.读数误差和作图误差.3.两分力F1、F2间的夹角θ越大,用平行四边形定则作图得出的合力F的误差ΔF也越大.八、练习巩固1.“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图所示,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,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图示。
力平行四边形定则全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:力平行四边形定理是中学数学中一个重要的几何定理,也是平面几何中的一个重要性质。
它是描述平行四边形和力的关系的定理。
当一个物体受到几个力的作用时,这些力的合力向量恰好等于这些力对角线上的向量和。
这一定理在物理学和工程学中有着广泛的应用,可以帮助我们更好地理解和分析物体受力的情况。
让我们来了解一下什么是平行四边形。
平行四边形是指四边形的对边是平行的四边形,即对边分别平行。
平行四边形的特点是对角线平分,并且对角线之间有错点的关系。
具体来说,设平行四边形ABCD的对角线AC和BD交于点O,力F1和力F2作用在点A和点C上,力F3和力F4作用在点B和点D上。
根据平行四边形定理,这些力对角线AC和BD的合力向量等于这些力本身的合力向量。
即F1+F2=F3+F4。
这一定理的应用非常广泛,例如在物理学中,力平行四边形定理可以帮助我们分析物体受力的情况,计算合力的大小和方向。
在工程学中,力平行四边形定理被广泛应用于结构设计和强度分析等领域。
它为工程设计和实践提供了重要的理论依据。
除了在理论研究和工程实践中的应用外,力平行四边形定理还具有一定的教育意义。
它能够帮助学生更好地理解力的概念和作用,提高学生的几何思维能力和问题解决能力。
通过学习力平行四边形定理,学生可以更好地理解生活中的力的作用和运动规律,培养他们的科学素养和创新能力。
力平行四边形定理的证明:根据平行四边形的定义,平行四边形是具有对边平分、对边平行性和对角相等的四边形,那么在平行四边形中,对角的角度均为180度,由这个特性可知,根据其几何形态可以推得如下结论,也就是说,另一边等弦对角顶点的对角线平分的三角形也是等腰三角形。
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验证力的平行四边形法则
(一)演示实验1
使砝码静止,可见力F产生的效果跟原来F1和F2共同产生的效果相同.
思考题:力F与力F1和F2之间有一种什么关系?
----效果相同,可以相互替代.
(二)概念讲授:合力、力的合成
一个物体受到几个力共同作用产生的效果与一个力对物体作用产生的效果相同时,这个力就叫做那几个力的合力.
求几个力的合力叫做力的合成.
强调“等效替代”思想.
(三)怎样求几个力的合力?
演示实验2:运用平行四边形定则演示器完成教材所述实验.
结论:如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形,那么,合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来,这叫做力的平行四边形定则.
解释共点力:几个力如果都作用在物体的同一点,或者它们的作用线相交于同一点,这几个力叫做共点力.
平行四边形定则的具体应用方法有两种:
1、图解法:
(1
如图所示
图中F1
(2)两个以上共点力的合成:先求出任意两个力的合力,再求出这个合力跟第三个力的合力,直到所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力.。