Question

9．某学习小组在做“探究力的平行四边形定则”的实验．
（1）他们的实验步骤分别是：
A．在竖直放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳同时用两个弹簧测力计沿方木板平面平行的方向互成角度地拉橡皮条，使细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置和读出两个弹簧测力计的示数F₁和F₂，如图甲所示．
B．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，读出此时弹簧测力计的示数F'同时记下细绳的方向．
请指出以上步骤中的错误或疏漏：
A中是没有记录两拉力的方向．
B中是没有说明要把结点拉至O点．

（2）该学习小组纠正了（1）中的问题后，在某次实验中两个弹簧测力计的拉力F_a=4N、F_b=3N 图甲中的OA沿竖直线，则图乙中的F_a、F_b与水平方向的夹角分别为β 和 α，它们一定满足cos α：cos β=4：3．
（3）该实验小组想创新一下该实验，用如图丙所示的贴有白纸的木板竖直放置，弹簧测力计A挂在固定于木板上的P点，下端用细线挂一重物M． 他们想用此实验装置来验证“力的平行四边形定则”，下列关于此实验的说法中正确的是ABC．
A．应测量重物M所受的重力
B．拉线方向应与竖直木板平面平行
C．图丁中F'表示用一个测力计测出来的力，F表示用平行四边形定则合成的力
D．改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置．

Answer 1

分析 （1）步骤A中只有记下两条细绳的方向，才能确定两个分力的方向，进一步才能根据平行四边形定则求合力；步骤B中只有使结点到达同样的位置O，才能表示两种情况下力的作用效果相同．
（2）对力进行正交分解，然后求出两角余弦值的比值．
（3）在该实验中，由于P、O的位置确定，则A弹簧的拉力大小和方向一定，合力又一定，则弹簧B的拉力大小和方向也一定，不需进行多次实验．

解答 解：（1）本实验为了验证力的平行四边形定则，采用的方法是作力的图示法，作出合力和理论值和实际值，然后进行比较，得出结果．所以，实验时，除记录弹簧秤的示数外，还要记下两条细绳的方向，以便确定两个拉力的方向，这样才能作出拉力的图示．
步骤A中未记下两条细绳的方向；步骤B中未说明把橡皮条的结点拉到位置O．
（2）根据O点处于平衡状态，正交分解有：竖直方向：4sinα+3sinβ=5     水平方向：3cosα=4cosβ    解得：cosα：cos β=4：3．
（3）A、实验通过作出三个力的图示，来验证“力的平行四边形定则”，因此重物的重力必须要知道．故A正确；
B、拉线方向必须与木板平面平行，这样才确保力的大小准确性．故B正确；
C、由图丁可知，F'方向与重物重力的方向在同一直线上，它表示用一个测力计测出来的力，F表示用平行四边形定则合成的力，故C正确；
D、当结点O位置确定时，弹簧测力计A的示数也确定，由于重物的重力已确定，两力大小与方向均一定，因此弹簧测力计B的大小与方向也一定，所以不需要改变拉力多次实验．故D错误；故选ABC．
故答案为：（1）没有记录两拉力的方向；没有说明要把结点拉至O点；（2）4：3；（3）ABC．

点评 本实验关键理解实验原理，根据实验原理分析实验步骤中有无遗漏或缺陷，因此掌握实验原理是解决实验问题的关键．