Question

1．某學(xué)習(xí)小組在做“探究力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)．
（1）他們的實(shí)驗(yàn)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(gè)繩套，通過細(xì)繩同時(shí)用兩個(gè)彈簧測力計(jì)沿方木板平面平行的方向互成角度地拉橡皮條，使細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O點(diǎn)，在白紙上用鉛筆記下O點(diǎn)的位置和讀出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F₁和F₂，如圖甲所示．
B．只用一只彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩拉橡皮條，使它的伸長量與用兩個(gè)彈簧測力計(jì)拉時(shí)相同，讀出此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)F'和記下細(xì)繩的方向．
請指出以上步驟中的錯(cuò)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(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn)．

（2）該學(xué)習(xí)小組糾正了（1）中的問題后，在某次實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F_a=4N、F_b=3N已在圖乙中畫出，圖中方格每邊的長度表示1N，O點(diǎn)是橡皮條的結(jié)點(diǎn)，請用兩個(gè)直角三角板作出合力F的圖示，并求出合力的大小為6.0N．
（3）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．
（4）該實(shí)驗(yàn)小組想創(chuàng)新一下該實(shí)驗(yàn)，用如圖丙所示的貼有白紙的木板豎直放置，彈簧測力計(jì)A掛在固定于木板上的P點(diǎn)，下端用細(xì)線掛一重物M． 他們想用此實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”，下列關(guān)于此實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是ABC．
A．應(yīng)測量重物M所受的重力
B．拉線方向應(yīng)與豎直木板平面平行
C．圖丁中F'表示用一個(gè)測力計(jì)測出來的力，F(xiàn)表示用平行四邊形定則合成的力
D．改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置．

Answer 1

分析 （1）步驟A中只有記下兩條細(xì)繩的方向，才能確定兩個(gè)分力的方向，進(jìn)一步才能根據(jù)平行四邊形定則求合力；步驟B中只有使結(jié)點(diǎn)到達(dá)同樣的位置O，才能表示兩種情況下力的作用效果相同；
（2）根據(jù)平行四邊形定則作圖，根據(jù)圖象求出合力；
（3）對力進(jìn)行正交分解，然后求出兩角余弦值的比值；
（4）在該實(shí)驗(yàn)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(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)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(shí)際值，然后進(jìn)行比較，得出結(jié)果．所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)，除記錄彈簧秤的示數(shù)外，還要記下兩條細(xì)繩的方向，以便確定兩個(gè)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(xì)繩的方向；步驟B中未說明把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到位置O．
（2）根據(jù)平行四邊形定則作圖，如圖所示，根據(jù)圖象可知，合力大小為6.0N，
（3）根據(jù)O點(diǎn)處于平衡狀態(tài)，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．
（4）A、實(shí)驗(yàn)通過作出三個(gè)力的圖示，來驗(yàn)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(zhǔn)確性．故B正確；
C、由圖丁可知，F(xiàn)'方向與重物重力的方向在同一直線上，它表示用一個(gè)測力計(jì)測出來的力，F(xiàn)表示用平行四邊形定則合成的力，故C正確；
D、當(dāng)結(jié)點(diǎn)O位置確定時(shí)，彈簧測力計(jì)A的示數(shù)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(jì)B的大小與方向也一定，所以不需要改變拉力多次實(shí)驗(yàn)．故D錯(cuò)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(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn)；（2）6.0；（3）4：3；（3）ABC

點(diǎn)評 本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵理解實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析實(shí)驗(yàn)步驟中有無遺漏或缺陷，因此掌握實(shí)驗(yàn)原理是解決實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵．