Question

8．某同学改进“验证力的平行四边形定则实验”探究方法，改进后的装置和实验步骤如下，如图1所示部分实验步骤：

A．橡皮筋一端固定在竖直木板上，另一端用细线栓接n₁=5个相同的钩码，把橡皮筋结点拉到O点．记下O点的位置和细线的方向
B．在接点处再栓接一根细线，两根细线分别挂上n₂=4个和n₃=3个相同的钩码，并让两根细线分别绕过固定的两个定滑轮B和C，调整滑轮的位置，当橡皮筋的结点被重新拉到O点时，记下此时两个细线的方向．
（1）两根细线再次把橡皮筋结点拉到O点时，如图1中所示的α=D．
A．60°      B．30°      C．37°       D．53°
（2）改变钩码个数，重新进行实验，下列哪些钩码数量的选择不能帮助我们验证实验CD．
A．n₁=5，n₂=3，n₃=3         B．n₁=5，n₂=3，n₃=6
C．n₁=5，n₂=3，n₃=8         D．n₁=5，n₂=3，n₃=1
（3）进一步改进后的实验装置如图2，直接在绳子结点挂上5个相同的钩码，另外两端分别挂上3个和4个钩码．若把滑轮C移动到C′，结点O的位置将如何变化？向BO方向移动．

Answer 1

分析 “验证力的平行四边形定则”的实验原理是：记录两个分力以及合力的大小和方向后，选用相同的标度将这三个力画出来，画出来的合力是实际值，然后根据平行四边形画出合力的理论值，通过比较实际值和理论值的关系来进行验证，明确了实验原理即可知知道实验中需要记录的物理量和具体的操作，由于钩码均相同，则钩码个数就代表力的大小，所以O点受三个力处于平衡状态，由平行四边形定则可知：三角形的三个边表示三个力的大小．

解答 解：（1）根据O点处于平衡状态，则OB和OC绳拉力的合力为5mg，
而OB的拉力为4mg，OC的拉力为3mg，根据三角形原则结合几何关系可知，OB的拉力、OC的拉力以及其合力组成一个直角三角形，
则$sinα=\frac{4mg}{5mg}=\frac{4}{5}$，解得α=53°，故D正确，ABC错误．
故选：D
（2）OA  OB  OC分别表示三个力的大小，由于三共点力处于平衡，因此三个力的大小构成一个三角形．
A、以钩码的个数表示力的大小，3、3、5能构成三角形，故A正确；
B、以钩码的个数表示力的大小，3、5、6能构成三角形，故B正确；
C、以钩码的个数表示力的大小，5、3、8不可以构成三角形，故C错误；
D、以钩码的个数表示力的大小，5、3、1不可以构成三角形，故D错误．
本题选不能完成实验的，故选：CD．
（3）以O点为研究对象，受到三个力的作用，由于钩码个数不变，因此三个力的大小不变，O点所受竖直方向的拉力大小方向不变，即OB，OC两绳子拉力的合力大小方向不变，根据平行四边形定则可知，二力的大小不变，其合力的大小方向不变，则该二力的夹角不变，故∠BOC不变；
根据相似三角形的几何关系可知，B点位置不变，BC之间的距离变大，而∠BOC不变，因此绳子结点O的位置将向BO方向移动．
故答案为：（1）D；（2）CD；（3）向BO方向移动．

点评 要围绕“验证力的平行四边形定则”的实验原理对实验步骤和实验中需要注意的问题进行理解，正确理解“等效代替”的含义，掌握三力平衡的条件，理解平行四边形定则，同时验证平行四边形定则是从力的图示角度去作图分析．