Question

利用下列器材設計實驗研究三力平衡的規律：
器材：三根完全相同的輕質彈簧（每根彈簧的兩端均接有適當長度的細繩套），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）按下列步驟進行實驗，請在橫線上將步驟補充完整：
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繩套分別掛在兩枚釘子上，另一端的細繩套與第三根彈 簧一端的細繩套連接．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，則三根彈簧對結點O的拉力之比為______；
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，按照一定的標度作出三根彈簧對結點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測量發現F與F₃在同一直線上，大小接近相等，則實驗結論為：______；
（2）若釘子位置固定，利用上述器材，改變條件再次驗證，可采用的辦法是______；
（3）分析本實驗的誤差來源，寫出其中兩點：______；______．

Answer 1

解：（1）②根據胡克定律得，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，則三根彈簧對結點O的拉力之比為（L₁-L₀）：（L₂-L₀）：（L₃-L₀）．
④由題知，F₁、F₂的合力為F，F與F₃在同一直線上，大小接近相等，說明在實驗誤差范圍內，結點O受三個力的作用處于靜止狀態，合力為零；
（2）變條件再次驗證，可采用的辦法是換不同重量的小重物，重復進行實驗．
（3）本實驗在豎直平面進行，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，結點O受三個力的作用處于靜止狀態，合力為零
（2）換不同重量的小重物
（3）未考慮彈簧自身的重量；記錄O、L₀、L₁、L₂、L₃及彈簧的方向時產生誤差（或白紙未被完全固定等）
分析：（1）根據胡克定律求解三根彈簧對結點O的拉力，即可求出拉力的比值；F₁、F₂的合力為F，F與F₃在同一直線上，大小接近相等，說明在實驗誤差范圍內，結點O受三個力的作用處于靜止狀態，合力為零；
（2）改變條件，重復實驗時可換不同重量的小重物進行；
（3）本實驗在豎直平面進行，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生誤差．
點評：解答實驗問題時注意，所有操作步驟的設計都是以實驗原理和實驗目的為中心展開，因此明確實驗原理和實驗目的是解答實驗問題的關鍵．