Question

11．利用下列器材設(shè)計實驗研究三力平衡的規(guī)律：
器材：三根完全相同的輕質(zhì)彈簧（每根彈簧的兩端均接有適當(dāng)長度的細(xì)繩套），幾個小重物，一把刻度尺，一塊三角板，一枝鉛筆，一張白紙，幾枚釘子
（1）按下列步驟進(jìn)行實驗，請在橫線上將步驟補(bǔ)充完整：
①用兩枚釘子將白紙（白紙的上邊沿被折疊幾次）釘在豎直墻壁上，將兩根彈簧一端的細(xì)繩套分別掛在兩枚釘子上，另一端的細(xì)繩套與第三根彈簧一端的細(xì)繩套連接．待裝置靜止后，用刻度尺測出第三根彈簧兩端之間的長度，記為L₀；
②在第三根彈簧的另一個細(xì)繩套下面掛一個重物，待裝置靜止后，用鉛筆在白紙上記下結(jié)點的位置O和三根彈簧的方向．用刻度尺測出第一、二、三根彈簧的長度L₁、L₂、L₃，則三根彈簧對結(jié)點O的拉力之比為（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）；
③取下器材，將白紙平放在桌面上．用鉛筆和刻度尺從O點沿著三根彈簧的方向畫直線，按照一定的標(biāo)度作出三根彈簧對結(jié)點O的拉力F₁、F₂、F₃的圖示．用平行四邊形定則求出F₁、F₂的合力F．
④測量發(fā)現(xiàn)F與F₃在同一直線上，大小接近相等，則實驗結(jié)論為：在實驗誤差范圍內(nèi)，結(jié)點O受三個力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，合力為零．
（2）分析本實驗的誤差來源，寫出其中兩點：未考慮彈簧自身的重量；記錄O、L₀、L₁、L₂、L₃及彈簧的方向時產(chǎn)生誤差（或白紙未被完全固定等）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)胡克定律求解三根彈簧對結(jié)點O的拉力，即可求出拉力的比值；F₁、F₂的合力為F，F(xiàn)與F₃在同一直線上，大小接近相等，說明在實驗誤差范圍內(nèi)，結(jié)點O受三個力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，合力為零；
（2）本實驗在豎直平面進(jìn)行，彈簧本身的重力、彈簧長度的測量、拉力方向的確定等等可能產(chǎn)生誤差．

解答 解：（1）②根據(jù)胡克定律得，第一、二、三根彈簧的拉力分別為F₁=k（L₁-L₀）、F₂=k（L₂-L₀）、F₃=k（L₃-L₀），k為彈簧的勁度系數(shù)，則三根彈簧對結(jié)點O的拉力之比為（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）．
④由題知，F(xiàn)₁、F₂的合力為F，F(xiàn)與F₃在同一直線上，大小接近相等，說明在實驗誤差范圍內(nèi)，結(jié)點O受三個力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，合力為零；
（2）本實驗在豎直平面進(jìn)行，實驗的誤差來源可能有：未考慮彈簧自身的重量、記錄O、L₀、L₁、L₂、L₃及彈簧的方向時產(chǎn)生誤差（或白紙未被完全固定等）．
故答案為：
（1）②（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀） 
④在實驗誤差范圍內(nèi)，結(jié)點O受三個力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，合力為零
（2）未考慮彈簧自身的重量；
記錄O、L₀、L₁、L₂、L₃及彈簧的方向時產(chǎn)生誤差（或白紙未被完全固定等）

點評 解答實驗問題時注意，所有操作步驟的設(shè)計都是以實驗原理和實驗?zāi)康臑橹行恼归_，因此明確實驗原理和實驗?zāi)康氖墙獯饘嶒瀱栴}的關(guān)鍵．