自制的“共点力平衡条件与力综合定律”查询仪_误差分析论文

自制“共点力平衡条件、力的合成法则”探究仪，本文主要内容关键词为：法则论文,条件论文,共点力论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      研究共点力平衡条件，通常选择三力平衡，传统方法需要测出各力大小和方向，然后作出各力的图示，由于力的测量误差较大，力的图示不准，实验不理想，说服力不强，学生疑问很多。实验准确性是教师和学生们最想突破的问题，本仪器用弹簧伸长长度表示力，利用圆框线夹固定各拉力，结果准确，操作方便，适合学生利用本仪器自主探究三力平衡条件，验证力的平行四边形定则。

      共点力作用下物体平衡条件为合力为零，如受三力作用，有推论任意两力合力与第三个力等值反向，可借助力的图示进行研究。

      对弹簧，在弹性限度内，弹簧伸长与弹力成正比，劲度系数相同的弹簧，各弹簧受力与其伸长成正比。本实验中，小圆环片受3个弹簧拉力作用处于平衡状态，以弹簧伸长的长度作为该力图示线段长度，测出每条弹簧伸长的长度，并确定拉力的方向，作出3个弹簧拉力的图示，即可探究小圆环片静止时受力平衡条件，验证力的平行四边形定则。

      三、仪器设计及使用方法

      演示仪实物图如图示1所示，由3条完全相同的弹簧、小圆环片、指示标志、拉力固定圆环（半径17.0cm）、指示标志等构成。

      

      使用方法：

      （1）确定半径在A3纸上画圆。如图2所示，将两弹簧对拉后自然伸直对接放在1张A3纸上，2个指示标志间距离即为圆直径D。在纸中心定好圆心O，画一直径为D的圆。

      

      

      （3）作出小圆环片受拉力的图示，找出三力平衡条件。

      分别在OA，OB，OC三条直线上作出三弹力的图示

，

，

，利用平行四边形定则求出任两力的合力，比较这个合力与第三个力的关系，探究3个共点力作用下物体平衡条件：任两力合力与第三个力等值反向，验证力的平行四边形定则，如图4所示。

      

      （4）分析误差来源，对作图修正。

      将刚才移开的探究仪放在作好各力的图示的A3纸上，移动探究仪位置，使圆心及各力一一对应再次重合，检验作图误差，分析误差来源，如图5所示。

      

      （5）改变拉力大小及方向，重做实验。

      结论：物体在3个共点力作用下平衡条件为任意两力合力与第三个力等值反向，力的合成遵循平行四边形定则。

      本仪器直接用弹簧伸长长度表示该力图示线段长度，实验结果准确，操作方法简单，与传统方法比较，这一方法降低了实验难度，同时也减小了实验误差。

      采用拉力固定圆环拉弹簧，降低了实验操作难度，同时也使小圆环受弹簧拉力得以保留，为后来作图误差校验提供保证。

      在进行探究实验时，仪器要在水平面上操作，弹簧设计略高于纸面，这样可以消除摩擦力影响而又方便操作，弹簧自身重力对3个弹簧弹力产生影响相近，这样可以不用考虑弹簧自身重力。

      注意事项：

      （1）弹簧校验：将两弹簧对拉，要求两弹簧伸长长度相等。如不等，可通过调节三角片位置，直到对拉时两弹簧伸长量相等。

      （2）为减小实验误差，实验时注意拉力要大些，但不要超过弹簧的弹性限度，削尖铅笔作图有利减少误差。

      （3）保持环境干燥，勿与酸碱物接触，以免锈蚀弹簧和固定圆环。

      四、结束语

      在讲授共点力平衡条件这一知识点时，用本仪器让学生进行探究，分组实验2人1组，效果很好，在介绍了仪器的原理和使用方法后，学生开始实验，10min后，三力平衡图示结果已得出，学生有让教师过去肯定结果的，有不同组间误差比较谁更准确的，有重新校验找寻作图误差的，有改变拉力大小和方向重新实验的，有不同组间进行交流的……整节课研究气氛活跃，本节课的知识内容借助实验器材，学生很好地掌握了。显然，学生在讨论实验误差原因时，已经自觉运用力的合成知识分析讨论，使所学知识得以升华。

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