实验：探究力的合成方法

丁杨泉

一、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.

二、实验原理（等效替代法）

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，所以力F就是这两个力F1和F2的合力，作出力F的图示.再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F的大小和方向是否相同，若相同，则说明互成角度的两个力合成时遵循平行四边形定则，如图1所示，

三、实验步骤

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2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0，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0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.

四、误差分析

1.弹簧测力计本身的误差.（见注意事项1）

2.读数误差和作图误差.（见注意事项4、5、6）

五、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位置一定要相同.体现作用效果相同.

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.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.

例1 （2011江苏）某同学用如图3所示的实验装置来验证“力的平行四边形定则”.弹簧测力计4挂于固定点P，下端用细线挂一重物M.弹簧测力计B的一端用细线系于O点，手持另一端向左拉，使结点O静止在某位置.分别读出弹簧测力计4和B的示数，并在贴于竖直木板的白纸上记录0点的位置和拉线的方向.

（1）本实验用的弹簧测力计示数的单位为N，图中A的示数为____N.

（2）下列不必要的实验要求是______.（请填写选项前对应的字母）

A.应测量重物M所受的重力

B.弹簧测力计应在使用前校零

C.拉线方向应与木板平面平行

D.改变拉力，进行多次实验，每次都要使0点静止在同一位置

（3）某次试验中，该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程，请你提出两个解决方法.

答案（1）3.6 （2）D （3）①改变弹簧测力计B拉力的大小；②减小重物M的质量（或将A更换成量程较大的弹簧测力计，改变弹簧测力计B拉力方向等）

解析 只要验证即只要求OB与OM垂直，不需要每次都要使0点静止在同一位置.

例2（2014江苏）小明通过实验探究求合力的方法.

（1）实验所用的一只弹簧测力计如图4所示，在用它测力前应对它进行的操作是

（2）在测出F1、F2和对应的合力F后，他在纸上画出了F1、F2的图示，如图5所示.请你帮助他在图中画出合力F的图示（测得F=4.9N，图中a、b为记录F方向的两点）.

（3）小明用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连接起来；观察图形后，他觉得所画的图形很像平行四边形.至此，为正确得出求合力的一般方法，你认为小明接下来应该做些什么（写出两点即可）？

答案 （1）调零（2）如图6所示

（3）①验证所画的四边形十分接近于平行四边形；

②提出求合力方法的猜想；

③改变F1、F2的大小和方向重复上述实验；

④与同学交流讨论实验结果，得出结论.

解析 （1）所给弹簧测力计指针未指在零刻度处，在使用之前必须调零.

（2）力的图示直观反映了力的大小、方向和作用点，表示合力F的有向线段的起点是O，方向沿a、b的连线，线段长度依据F的大小和图中标度来确定.

（3）见答案endprint