一、实验原理和方法
1.合力F′的确定:一个力F′的作用效果与两个共点力F1与F2共同作用的效果都是把橡皮条拉伸到某点,则F′为F1和F2的合力.
2.合力理论值F的确定:根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示.
3.平行四边形定则的验证:在实验误差允许的范围内,比较F′和F是否大小相等、方向相同.
二、实验器材
方木板、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(若干)、铅笔
三、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套的方向.
4.用铅笔和刻度尺从O点沿两细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数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.
5.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的方向,用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示.
6.比较力F′与用平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同.
7.改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复实验两次.
四、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)作图时使用刻度尺并借助于三角板,使表示两力的对边一定要平行.
(3)因两个分力F1、F2间的夹角θ越大,用平行四边形定则作出的合力F的误差ΔF就越大.所以,实验中不要把θ取得太大,但也不宜太小,以60°~120°之间为宜.
五、注意事项
1.弹簧测力计使用前要检查指针是否指在零刻度线上,否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差).还需用钩码检查是否存在示数值误差,若存在,应加以校正.
2.被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.
3.不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点的位置O.
4.在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点的位置O一定要相同.(保证作用效果相同)
5.不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧测力计拉橡皮条,要反复做几次,使橡皮条拉到相同的长度看弹簧测力计读数有无变化.
6.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点连直线确定力的方向.
7.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.
8.用两个弹簧测力计勾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°到120°之间为宜.
9.读数时应正视、平视刻度.
10.使用弹簧测力计测力时,读数应尽量大些,但不能超出它的测量范围.