Question

 利用下列器材设计实验研究三力平衡的规律：
器材：三根完全相同的轻质弹簧（每根弹簧的两端均接有适当长度的细绳套），几个小重物，一把刻度尺，一块三角板，一枝铅笔，一张白纸，几枚钉子．
（1）按下列步骤进行实验，请在横线上将步骤补充完整：
①用两枚钉子将白纸（白纸的上边沿被折叠几次）钉在竖直墙壁上，将两根弹簧一端的细绳套分别挂在两枚钉子上，另一端的细绳套与第三根弹 簧一端的细绳套连接．待装置静止后，用刻度尺测出第三根弹簧两端之间的长度，记为L₀；
②在第三根弹簧的另一个细绳套下面挂一个重物，待装置静止后，用铅笔在白纸上记下结点的位置O和三根弹簧的方向．用刻度尺测出第一、二、三根弹簧的长度L₁、L₂、L₃，则三根弹簧对结点O的拉力之比为

（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）

；
③取下器材，将白纸平放在桌面上．用铅笔和刻度尺从O点沿着三根弹簧的方向画直线，按照一定的标度作出三根弹簧对结点O的拉力F₁、F₂、F₃的图示．用平行四边形定则求出F₁、F₂的合力F．
④测量发现F与F₃在同一直线上，大小接近相等，则实验结论为：

在实验误差范围内，结点O受三个力的作用处于静止状态，合力为零

；
（2）若钉子位置固定，利用上述器材，改变条件再次验证，可采用的办法是

换不同重量的小重物

；
（3）分析本实验的误差来源，写出其中两点：

未考虑弹簧自身的重量

；

记录O、L₀、L₁、L₂、L₃及弹簧的方向时产生误差（或白纸未被完全固定等）

．

Answer 1

分析：（1）根据胡克定律求解三根弹簧对结点O的拉力，即可求出拉力的比值；F₁、F₂的合力为F，F与F₃在同一直线上，大小接近相等，说明在实验误差范围内，结点O受三个力的作用处于静止状态，合力为零；
（2）改变条件，重复实验时可换不同重量的小重物进行；
（3）本实验在竖直平面进行，弹簧本身的重力、弹簧长度的测量、拉力方向的确定等等可能产生误差．

解答：解：（1）②根据胡克定律得，第一、二、三根弹簧的拉力分别为F₁=k（L₁-L₀）、F₂=k（L₂-L₀）、F₃=k（L₃-L₀），k为弹簧的劲度系数，则三根弹簧对结点O的拉力之比为（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）．
④由题知，F₁、F₂的合力为F，F与F₃在同一直线上，大小接近相等，说明在实验误差范围内，结点O受三个力的作用处于静止状态，合力为零；
（2）变条件再次验证，可采用的办法是换不同重量的小重物，重复进行实验．
（3）本实验在竖直平面进行，实验的误差来源可能有：未考虑弹簧自身的重量、记录O、L₀、L₁、L₂、L₃及弹簧的方向时产生误差（或白纸未被完全固定等）．
故答案为：（1）②（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）
④在实验误差范围内，结点O受三个力的作用处于静止状态，合力为零
（2）换不同重量的小重物
（3）未考虑弹簧自身的重量；记录O、L₀、L₁、L₂、L₃及弹簧的方向时产生误差（或白纸未被完全固定等）

点评：解答实验问题时注意，所有操作步骤的设计都是以实验原理和实验目的为中心展开，因此明确实验原理和实验目的是解答实验问题的关键．