题目内容

18.某同学利用下列器材,设计实验来验证力的平行四边形定则.
器材:三根完全相同的轻质弹簧(每根弹簧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,一支铅笔,一张白纸,几枚钉子.
实验步骤:
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;
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,按照一定的标度做出三根弹簧对结点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在同一条直线上,大小接近相等,则验证了平行四边形定
则,结论成立.
(1)三根弹簧对结点O的拉力之比F1:F2:F3=(L1-L0):(L2-L0):(L3-L0).
(2)若钉子位置固定,利用上述器材,改变条件再次验证,可采用的方法是换不同重量的小重物.
(3)分析本实验的误差来源可能是未考虑弹簧自身的重量.(写出其中一点即可)

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)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).
(2)可以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)(L1-L0):(L2-L0):(L3-L0);(2)换不同重量的小重物;(3)未考虑弹簧自身的重量.

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.

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