Question

9．某學習小組在做“探究力的平行四邊形定則”的實驗．
（1）他們的實驗步驟分別是：
A．在豎直放置的方木板上固定一張白紙，用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上，另一端拴上兩個繩套，通過細繩同時用兩個彈簧測力計沿方木板平面平行的方向互成角度地拉橡皮條，使細繩的結點到達某一位置O點，在白紙上用鉛筆記下O點的位置和讀出兩個彈簧測力計的示數F₁和F₂，如圖甲所示．
B．只用一只彈簧測力計，通過細繩拉橡皮條，讀出此時彈簧測力計的示數F'同時記下細繩的方向．
請指出以上步驟中的錯誤或疏漏：
A中是沒有記錄兩拉力的方向．
B中是沒有說明要把結點拉至O點．

（2）該學習小組糾正了（1）中的問題后，在某次實驗中兩個彈簧測力計的拉力F_a=4N、F_b=3N 圖甲中的OA沿豎直線，則圖乙中的F_a、F_b與水平方向的夾角分別為β 和 α，它們一定滿足cos α：cos β=4：3．
（3）該實驗小組想創新一下該實驗，用如圖丙所示的貼有白紙的木板豎直放置，彈簧測力計A掛在固定于木板上的P點，下端用細線掛一重物M． 他們想用此實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”，下列關于此實驗的說法中正確的是ABC．
A．應測量重物M所受的重力
B．拉線方向應與豎直木板平面平行
C．圖丁中F'表示用一個測力計測出來的力，F表示用平行四邊形定則合成的力
D．改變拉力，進行多次實驗，每次都要使O點靜止在同一位置．

Answer 1

分析 （1）步驟A中只有記下兩條細繩的方向，才能確定兩個分力的方向，進一步才能根據平行四邊形定則求合力；步驟B中只有使結點到達同樣的位置O，才能表示兩種情況下力的作用效果相同．
（2）對力進行正交分解，然后求出兩角余弦值的比值．
（3）在該實驗中，由于P、O的位置確定，則A彈簧的拉力大小和方向一定，合力又一定，則彈簧B的拉力大小和方向也一定，不需進行多次實驗．

解答 解：（1）本實驗為了驗證力的平行四邊形定則，采用的方法是作力的圖示法，作出合力和理論值和實際值，然后進行比較，得出結果．所以，實驗時，除記錄彈簧秤的示數外，還要記下兩條細繩的方向，以便確定兩個拉力的方向，這樣才能作出拉力的圖示．
步驟A中未記下兩條細繩的方向；步驟B中未說明把橡皮條的結點拉到位置O．
（2）根據O點處于平衡狀態，正交分解有：豎直方向：4sinα+3sinβ=5     水平方向：3cosα=4cosβ    解得：cosα：cos β=4：3．
（3）A、實驗通過作出三個力的圖示，來驗證“力的平行四邊形定則”，因此重物的重力必須要知道．故A正確；
B、拉線方向必須與木板平面平行，這樣才確保力的大小準確性．故B正確；
C、由圖丁可知，F'方向與重物重力的方向在同一直線上，它表示用一個測力計測出來的力，F表示用平行四邊形定則合成的力，故C正確；
D、當結點O位置確定時，彈簧測力計A的示數也確定，由于重物的重力已確定，兩力大小與方向均一定，因此彈簧測力計B的大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實驗．故D錯誤；故選ABC．
故答案為：（1）沒有記錄兩拉力的方向；沒有說明要把結點拉至O點；（2）4：3；（3）ABC．

點評 本實驗關鍵理解實驗原理，根據實驗原理分析實驗步驟中有無遺漏或缺陷，因此掌握實驗原理是解決實驗問題的關鍵．