Question

8．某同學改進“驗證力的平行四邊形定則實驗”探究方法，改進后的裝置和實驗步驟如下，如圖1所示部分實驗步驟：

A．橡皮筋一端固定在豎直木板上，另一端用細線栓接n₁=5個相同的鉤碼，把橡皮筋結點拉到O點．記下O點的位置和細線的方向
B．在接點處再栓接一根細線，兩根細線分別掛上n₂=4個和n₃=3個相同的鉤碼，并讓兩根細線分別繞過固定的兩個定滑輪B和C，調整滑輪的位置，當橡皮筋的結點被重新拉到O點時，記下此時兩個細線的方向．
（1）兩根細線再次把橡皮筋結點拉到O點時，如圖1中所示的α=D．
A．60°      B．30°      C．37°       D．53°
（2）改變鉤碼個數(shù)，重新進行實驗，下列哪些鉤碼數(shù)量的選擇不能幫助我們驗證實驗CD．
A．n₁=5，n₂=3，n₃=3         B．n₁=5，n₂=3，n₃=6
C．n₁=5，n₂=3，n₃=8         D．n₁=5，n₂=3，n₃=1
（3）進一步改進后的實驗裝置如圖2，直接在繩子結點掛上5個相同的鉤碼，另外兩端分別掛上3個和4個鉤碼．若把滑輪C移動到C′，結點O的位置將如何變化？向BO方向移動．

Answer 1

分析 “驗證力的平行四邊形定則”的實驗原理是：記錄兩個分力以及合力的大小和方向后，選用相同的標度將這三個力畫出來，畫出來的合力是實際值，然后根據(jù)平行四邊形畫出合力的理論值，通過比較實際值和理論值的關系來進行驗證，明確了實驗原理即可知知道實驗中需要記錄的物理量和具體的操作，由于鉤碼均相同，則鉤碼個數(shù)就代表力的大小，所以O點受三個力處于平衡狀態(tài)，由平行四邊形定則可知：三角形的三個邊表示三個力的大�。�

解答 解：（1）根據(jù)O點處于平衡狀態(tài)，則OB和OC繩拉力的合力為5mg，
而OB的拉力為4mg，OC的拉力為3mg，根據(jù)三角形原則結合幾何關系可知，OB的拉力、OC的拉力以及其合力組成一個直角三角形，
則$sinα=\frac{4mg}{5mg}=\frac{4}{5}$，解得α=53°，故D正確，ABC錯誤．
故選：D
（2）OA  OB  OC分別表示三個力的大小，由于三共點力處于平衡，因此三個力的大小構成一個三角形．
A、以鉤碼的個數(shù)表示力的大小，3、3、5能構成三角形，故A正確；
B、以鉤碼的個數(shù)表示力的大小，3、5、6能構成三角形，故B正確；
C、以鉤碼的個數(shù)表示力的大小，5、3、8不可以構成三角形，故C錯誤；
D、以鉤碼的個數(shù)表示力的大小，5、3、1不可以構成三角形，故D錯誤．
本題選不能完成實驗的，故選：CD．
（3）以O點為研究對象，受到三個力的作用，由于鉤碼個數(shù)不變，因此三個力的大小不變，O點所受豎直方向的拉力大小方向不變，即OB，OC兩繩子拉力的合力大小方向不變，根據(jù)平行四邊形定則可知，二力的大小不變，其合力的大小方向不變，則該二力的夾角不變，故∠BOC不變；
根據(jù)相似三角形的幾何關系可知，B點位置不變，BC之間的距離變大，而∠BOC不變，因此繩子結點O的位置將向BO方向移動．
故答案為：（1）D；（2）CD；（3）向BO方向移動．

點評 要圍繞“驗證力的平行四邊形定則”的實驗原理對實驗步驟和實驗中需要注意的問題進行理解，正確理解“等效代替”的含義，掌握三力平衡的條件，理解平行四邊形定則，同時驗證平行四邊形定則是從力的圖示角度去作圖分析．