高三物理一轮复习 第2章第5讲 验证力的平行四边形定则 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 鲁科版

力、物体的平衡力、物体的平衡5验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系第二章 一、验证力的平行四边形定则 1.实验目的 验证共点力的合成的平行四边形定则. 2.实验原理 橡皮条结点受三个共点力作用时，拉力F1、F2的合力F与橡皮条弹力F3平衡.改用一个拉力F仍将结点拉到O点，则F与F等效，与F3平衡，以F1、F2为邻边作平行四边形求合力F，比较F与F的大小和方向，便可以验证力合成时的平行四边形定则. 3.实验器材 方木板、白纸、铅笔、弹簧秤两只、三角板、刻度尺、图钉、橡皮条、细绳套两个. 4.实验步骤及注意事项 (1)用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上细绳套. (2)用两只弹簧秤钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使结点到某一位置，应记录下结点O的位置、两绳套的方向和两弹簧秤的读数F1和F2. 【特别提示1】实验时应使弹簧秤与板面平行，拉弹簧秤时用力不宜太大，避免合力超过弹簧秤量程 (3)用铅笔和刻度尺从O点沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1和F2的图示，以F1和F2的图示为邻边用铅笔及刻度尺作平行四边形，两邻边所夹的对角线即为合力F的图示. (4)用一只弹簧秤钩住细绳套，把结点拉到同一位置O，记下细绳套的方向和该弹簧秤读数F. 【特别提示2】在本实验中，以橡皮条的伸长(结点到达某一位置)来衡量力的作用效果，因此在同一次实验中应该使两种情况下结点达到同一位置. (5)用铅笔及刻度尺按选定合适的标度画力F的图示，比较F和F的大小和方向. (6)改变F1和F2的大小和夹角，重复做两次实验，得出结论. 【特别提示3】实验与探究讲究科学性，结论应该来源于对多次实验结果的分析. 二、探究弹力和弹簧伸长的关系 1.实验目的探究弹簧的弹力与弹簧的形变量之间的关系，掌握利用图象研究物理量之间关系的科学方法. 2.实验原理弹簧所受到的拉力与悬挂的物体重力平衡时，测量弹簧伸长量，每个重物(钩码)质量已知，便可以利用图象研究弹力与形变量之间的关系. 3.实验器材弹簧、直尺、钩码、铁架台. 4.实验步骤及注意事项 (1)将弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自由下垂，在弹簧没有挂钩码的情况下测量弹簧原长l0； (2)将已知质量的钩码悬挂在弹簧下端，在平衡时测量弹簧的总长，计算此时悬挂钩码重力及弹簧伸长量，并填写入表格内；改变所悬挂钩码质量，重复实验多次； 【特别提示4】所悬挂的钩码重力要适当，以免导致弹簧超过弹性限度. (3)根据实验数据，在坐标上以弹簧弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描点、作出图线； (4)以弹簧的伸长量为自变量，根据图线写出弹簧弹力与伸长量之间的关系式. 【特别提示5】学会运用图象法探究两个物理量之间的关系，将其迁移到其他情景中应用. “验证力的平行四边形定则”的实验方法 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图2-5-1(甲)所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细线的结点，OB和OC为细绳.图2-5-1(乙)是在白纸上根据实验结果画出的图.下列说法正确的是()图图2-5-1 A.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值 B.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值 C.在实验中，如果将细绳换成弹簧，那么对实验结果有影响 D.在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么对实验结果有影响 该实验为验证性实验，实验时将以测量的两个分力的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为从理论上求解的合力；而用一个力仍将结点拉到O时，根据该力所作出的有向线段为合力的真实值.至于用细绳、弹簧还是用橡皮条，只要将结点拉至O点，就说明两次实验效果相同，就达到实验要求.选项A正确. 在验证结论时，实验总会有误差存在，即真实值与测量值总会有差异.只要在误差允许范围内近似相等即可得出实验结论. 在“验证力的平行四边形定则”实验中，有三个实验步骤： 在水平放置的木板上垫放一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达某一位置O.在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2； 在纸上根据读数F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F; 只用一只测力计通过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两测力计拉时相同，记下此时测力计的读数F和细绳的方向； 以上三个步骤中均有错误或者疏漏，请指出.在步骤在步骤中还应记下两拉力的方向中还应记下两拉力的方向(即细线即细线的方向的方向)；在步骤；在步骤中应根据读数中应根据读数F1和和F2的的大小和方向作平行四边形；在步骤大小和方向作平行四边形；在步骤中应中应同样把结点拉到原来的同样把结点拉到原来的O位置，而不仅仅位置，而不仅仅是伸长量相同是伸长量相同 运用图象法探究弹簧弹力与弹簧伸长之间的关系 某同学用如图2-5-2所示装置做探究弹力和弹簧伸长量关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度g=9.8m/s2)图图2-5-2砝码质量砝码质量m/102g01.002.003.00标尺刻度标尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝码质量砝码质量m/102g4.005.006.007.00标尺刻度标尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50 (1)根据所测数据，在图2-5-3坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线. (2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格弹簧的劲度系数为N/m. (1)描点、连线如下图所示；作图的基本方法是：看点的趋势，如果是直线，连线应使尽可能多的点在直线上，并使直线两边的点尽可能对称；若是曲线则作圆滑的曲线. (2)本题图线直线段范围内满足胡克定律，该直线部分斜率即为弹簧劲度系数.在04.9N范围内满足胡克定律.从图线得知，当弹力等于4.9N时对应标尺刻度为0.346m,对应弹簧伸长量为x=l-l0=0.196m,该实验中弹簧劲度系数为4.9/25.0/0.196FkN mN mx 本题考查运用图象法探究物理量之间的关系的实验能力.如正确记录实验数据、描点、连线；根据图线并结合数学知识得出弹力与伸长量之间的关系.在本实验中，图线的曲线部分说明弹簧已经超出弹性限度. 某学生用悬挂砝码的方法给弹簧施加力，探索弹力和弹簧伸长的关系.根据所测数据在坐标纸上描点，得到如图2-5-4所示图线.图中纵坐标表示弹簧所受的拉力，横坐标表示弹簧的长度. (1)以弹簧的长度为自变量，写出图线所代表的函数. (2)解释函数表达式中常数的物理意义，并说明这个常数与哪些因素有关？图图2-5-460/4/154202020.FkN cmN cmxFxkcm对弹簧，即函数式为；式中常数 为弹簧的劲度系数，它与弹簧的材料、直径、圈数等有关式中的“”表示弹簧的原长为