分力与合力关系的研究
【目的和要求】
通过实验研究分力与合力之间的关系,从而确认力的平行四边形定则。
【仪器和器材】
方木板,白纸,图钉,橡皮条,测力计2个(J2104型),直尺和三角板,细线。
【实验原理】
一个力,如果它产生的效果跟几个力共同产生的效果相同,这个力就叫做那几个力的合力。两个力分别作用于一个物体,都能使该物体产生完全相同的形变,则这两个力具有相同的效果。本实验就是通过使橡皮条产生相同的伸长形变来确定二力的合力,进而研究两者之间的关系。
【实验方法】
1.将方木板平放在桌上,钉上白纸。把橡皮条的一端固定于木板上的A点,把两条细线结在橡皮条的另一端,再把两条细线分别挂在两个测力计的挂钩上。
2.沿木板的平面,向两个任意的方向拉测力计,如图2.7-1。平衡时,将结点的位置O及两细线的方向画在白纸上,记下这时两测力计的读数F 1和F2。
3.去掉一个测力计,调整余下的一个测力计的位置,用它将结点重新拉到O点。在纸上记下细绳的方向和测力计的读数F。
4.由于力F和力F1、F2都能使橡皮条产生相同的形变,所以F是F1和F2的合力。取下白纸,按相同的比例(比如每厘米长表示1牛顿)在纸上作出F1、F2
5.改变F1和F2的大小和方向,重复上述实验,可以得出同样的结果。由此可以得到结论:合力与它的两个分力之间满足平行四边形定则,即用表示两个分力的有向线段作邻边画一平行四边形,这两个邻边之间的对角线就表示出合力的大小和方向。
【注意事项】
1.实验时一定要明确本实验的设计思想:在已知分力和合力大小及方向的条件下,探索分力和合力之间满足什么关系,从而得出力的平行四边形定则。它与后面将要介绍的利用平行四边形定则求两个共点力的合力,从而验证平行四边形定则是不同的。
2.实验中使用了测力计。使用测力计时应首先检查它的指针是否指在零刻度上。如指针不在零刻度,对于指针可调式测力计,应按使用说明书的要求,将指针调到零刻度;对于指针不能调节的测力计,应记下它不挂重物时的初读数,测量结果要减去初读数。拉动测力计时应注意使弹簧和指针尽可能不与其他部分接触和摩擦,测力计的拉力方向应和它的轴线方向一致。
3.实验时要使橡皮条和细线在同一水平面内,为此要注意使橡皮条固定端的高度与测力计挂钩的高度一致。
4.确定细线和橡皮条的结点位置、细线的方向要准确,为此应使结点尽可能小。描绘时,可将细线竖直向下按在白纸上,用铅笔沿线描几个点,然后用三角板把点连成线。
【思考题】
1.为什么力F1和F2与力F都恰好把结点拉到O点,就能说明F1与F2的合力是F?
2.简要叙述本实验的设计思想。(从已知什么?要探索什么?怎样探索?探索的结果来考虑。)
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