李振业

摘 要：本实验先把钉有白纸的方木板平放在桌面上用图钉把橡皮条的一端固定在A点，另一端栓上两个细绳套，然后用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，与木板平面平行地互成角度地拉橡皮条到某一位置O，用铅笔描下O的位置及细绳的方向，并记录下弹簧秤的度数。利用平行四边形法则计算出合力F′，并利用弹簧秤直接测出弹簧秤合力F，比较F与F′的方向和大小，验证力的平行四边形定则。该实验可能会出现较大的实验误差，本文对误差产生的原因也进行了分析。

关键词：力的平行四边形定则；弹簧测力计

1.前言

在大多数实际问题里，物体不只受到一个力，而是同时受到几个力。如果一个力的作用效果与几个力共同的作用效果相同，则这一个力就叫做这几个力的合力。力的合成作为物理学学习中必不可少的方法之一，在力学里发挥着至关重要的作用。在掌握力的合成的方法基础上，可以通过数学计算及推导求出合力的大小及方向，从而在实际生活中对其进行更好的应用。平行四边形定则实验应用于物理学，是基本测量工具和测量数据。通过平行四边形定则可以很清楚的计算力的大小，为将来计算力打下来基础。本实验（如图1）先把钉有白纸的方木板平放在桌面上用图钉把橡皮条的一端固定在A点，另一端绑上两个细绳套，然后用两个弹簧测力计分别钩住细绳套，与木板平面平行地互成角度地拉橡皮条到某一位置O，用铅笔描下O的位置及细绳的方向，并记录下弹簧秤的度数。利用平行四边形法则计算出合力F′，并利用弹簧秤直接测出弹簧秤合力F，比较F与F′的方向和大小，验证力的平行四边形定则。

2.实验仪器与步骤

2.1 实验仪器

橡皮条、细绳套（2个）、方木板、图钉（若干）、白纸、弹簧测力计（2个），三角板。

2.2 实验步骤

（1）把橡皮條的一端固定在板上的A点。

（2）用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使节点伸长到O点。该实验需要注意橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面磨擦。

（3）用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。该实验要注意拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方定是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。

（4）在纸上按比例画出两个力F1、F2的图示，用平行四边形定则求出合力F。该实验要注意图的比例要尽量大些，要用严格的几何方位，作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。

（5）只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的节点拉到同样的位置O点，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力F′的图示，比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，比较合力大小是否相等，方向是否相同。改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。

3.实验结果与分析

以上实验数据表明， F与F′之间的大小均在实验允许的误差范围内，证明了力的平行四边形定则的正确性。同时让我们练习了弹簧测力计的使用，提高了我们的动手能力和独立思考问题的能力。

本实验也可以用一个弹簧测力计完成，这样可以避免因两个弹簧测力计的不同而带来的误差，但是过程比较繁琐，具体实验改进方法如下：首先把两条细绳中的一条细绳与弹簧测力计连接，另一条细绳可以直接用手抓住，然后同时拉这两条细绳，这节点到O点，记下两条细绳的方向和弹簧测力计读数F1。接着在放回橡皮条后，用弹簧测力计连接到另外一条细绳上，用手同时拉这两条细绳，使节点到O点，并使两条细绳位

于记录下来的方向上，读出F2，其他实验步骤通本文所述的实验步骤。

本实验可能会出现较大的误差，误差产生的具体原因在于：1.弹簧秤的挂钩与线孔之间的摩擦力较大。在实验中，当弹簧秤的读数发生明显的改变时，节点O的位置几乎不发生变化，导致在实验中读取两个弹簧秤的示数时出现较大误差。2.两个弹簧秤示数不精确。在实验前，将两只弹簧秤钩在一起，拉动两个弹簧秤，当力的大小在2.0 N左右时，两只弹簧秤的示数的绝对误差在0.2 N左右，这也使得在读数时出现较大的误差。在弹簧测力计允许的情况下，采集的数据尽量大一些，读数时眼睛一定要正视，按照有效数字正确读数和记录。同时，我们也要避免因作图造成的误差，在结点O的位置和两个弹簧测力计的方向要画准确，避免造成误差。两个分力的起始夹角不能太大，如果大于120°，需要在重复两次实验。由于为保证结点O位置不变（也就是保证合力不变），夹角的范围不大，造成弹簧测力计示数变化不显著，读数误差较大，导致作图产生较大误差。我们也要避免由于作图比例不恰当、不准确造成的误差。

为了更好地验证力的平行四边形定则，我们必须尽可能减小系统误差和实验操作上带来的误差，我们要将钉有白纸的木板垂直于桌面竖直放置，采用两只弹簧秤平行木板互成角度地向上拉橡皮条，这样就能更好地验证共点力合成的平行四边形定则。

[参考文献]

[1] 杨昌永，朱仕跃，何劲松.“验证力的平行四边形定则”实验误差分析 [J].中学物理，2008（26）：24-25.

[2] 薛继鹏. “验证力的平行四边形定则”实验分析及改进[J].实验教学与仪器，2007（10）：23.

（作者单位：长沙市明德中学，湖南 长沙 410004）