实验3的主题是验证力的平行四边形定则,这是物理学中一个重要的概念,它描述了两个或多个力的合成效果可以通过它们各自的作用线形成一个平行四边形来表示,其对角线就代表合力的大小和方向。该实验是广东地区2014届高考物理一轮复习方案的一部分,主要目的是让学生理解和掌握力的合成规则。
实验操作中,关键步骤包括使用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条,以及单独用一个弹簧测力计拉橡皮条,确保两次拉伸橡皮条时,橡皮条和绳子的结点O达到相同位置,这意味着两次拉伸对橡皮筋产生的效果是等效的。选项B正确,因为必须将橡皮条沿相同方向拉到相同长度,以确保力的效果一致。选项A不够精确,因为仅拉伸相同长度不足以保证力的效果相同。选项C涉及弹簧测力计的刻度,与实验要求不符,而选项D则确保了力的方向被准确记录。
实验中,F与F'是两种不同的力表示,F'是由F1和F2通过平行四边形法则合成的力,它的方向一定是沿AO方向。本实验采用了等效替代法,即将两个力的合成效果与单个力的效果进行比较,选项B正确。为了减小实验误差,应选择适当大小的分力,避免角度过小或过大,同时确保所有测量工具如弹簧测力计、橡皮筋和细绳都与木板平面平行,细绳标记方向的两点要尽可能远,以提高测量的准确性,因此选项ACD都是有效的减小误差的措施。
在“验证力的平行四边形定则”的具体实验操作中,关键在于使橡皮条在某一方向上伸长到相同长度,而不是简单地拉伸相同长度,确保了力的效果一致。F1和F2是通过弹簧测力计直接测得的分力,而F'是根据平行四边形法则计算得出的合力。通过比较F与F'的大小和方向,可以验证平行四边形定则是否成立。
在实验步骤的补充部分,需要记录的是钩码的质量(或细线拉力)、橡皮筋与细线结点的位置O以及细线的方向。在调整两根细线上的钩码以改变分力时,应使橡皮筋与细线的结点位置与之前相同,同时记录新的钩码数量和对应细线方向。最终,如果实验设计合理且操作无误,根据平衡条件,结点受到的合力应该等于各个分力的矢量和,即乙图中所示的关系。
这个实验旨在通过实际操作加深学生对力的平行四边形定则的理解,通过严谨的实验步骤和数据分析,培养学生的实验技能和物理思维。在教学过程中,教师应强调等效替代的概念,引导学生注意实验操作的细节,以提高实验的准确性和可靠性。