【名师点金】高考物理一轮复习 第5讲实验探究弹力与弹簧伸长的关系 验证力的平行四边形定则课件 新人教

第5讲实验:探究弹力与弹簧伸长的关系验证力的平行四边形定则

知识建构技能建构1.培养用所学知识探究物理规律的能力.一、实验目的2.探究弹力和弹簧伸长量的关系.知识建构技能建构二、实验原理3.养成用图象法处理实验数据的习惯.1.如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力

与所挂钩码的①重力大小相等.知识建构技能建构2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力作用下的伸长量x,建立坐标系,

以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中

描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据

实验所得的图线,就可探知弹力大小与伸长量的关系.三、实验器材铁架台、②弹簧、③刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂

线.知识建构技能建构1.按右图安装实验装置,特别注意靠近弹簧的毫米刻度尺要用重垂

线检查是否竖直.四、实验步骤知识建构技能建构3.在弹簧下悬挂不同的钩码个数,并换算成重力,重力就等于弹簧的

弹力大小,并将数据依次填入表格,用F表示弹力,l表示弹簧的总长,x

表示伸长量.

1234567F/N

l/cm

x/cm

2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0.知识建构技能建构4.根据测量数据画出F-x图象(以F为纵轴,以x为横轴)按照F-x图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直

线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数

大致相同.尝试写出曲线所代表的函数,首先尝试F-x是否为一次函

数,如果不行则考虑二次函数或其他函数.知识建构技能建构5.得出结论在实验误差范围内,应得出④弹力的大小与弹簧的伸长量成正比,即

F=kx,其中k的单位由F和x的单位决定.6.换用一根弹簧与上面的弹簧对比,在伸长量相同的情况下,弹力大

的k越大,说明“k”反映了弹簧的“劲度”,从而充分认识k的物理意

义.五、注意事项知识建构技能建构2.只有在弹性限度内,弹簧的弹力才与弹簧的伸长量成正比.所以在

弹簧下挂钩码时,注意不要使弹簧所受拉力超过其弹性限度.1.由于弹簧有一定重量,将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不

一样.量取L0时,应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上,让其自然下

垂,再用毫米刻度尺量得自然状态下的原长.3.若用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系,由于实验误差,依

据实验数据描成的点不会完全在一条直线上.这时所作直线应尽量

多的通过这些点,并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线的

两侧.明显与其他的点相差很远的点应该舍去.知识建构技能建构4.如果实验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长,得到的不是正比

例函数,关系较为复杂.根据实验目的要用弹簧的伸长量.如果弹簧伸

长量的单位用米,弹力的单位用牛,函数表达式中常数k的单位是牛

每米,即N/m.(二)验证力的平行四边形定则一.实验目的验证互成角度的两个力合成时的⑤平行四边形定则.知识建构技能建构二.实验原理理等效法:使一一个力F'的作用效果果和两个力F1、知识建构技能建构三.实验器材材方木板,白纸,⑥弹簧测力计(知识建构技能建构1.用图钉把把白纸钉在放放于水平桌面面的方木板上上.四、实验步步骤知识建构技能建构3.用两只只弹簧秤分分别钩住细细绳套,互互成角度地地拉橡皮条条,将结点点拉到某一位置O,如图所示示,记录⑨两弹簧秤秤的示数,用铅笔描描下O点的位置及此时两两条细绳套套的方向.2.用图钉钉把橡皮条条的一端固固定在A点,橡皮条条的另一端端拴上两个个细绳套.知识建构技能建构4.用铅笔笔和刻度尺尺从结点O沿两条细绳绳方向画直直线,按选选定的标度度作出这两只弹弹簧秤的示示数F1和F2的图图示示,并并以以F1和F2为邻邻边边用用刻刻度度尺尺和和三角角板板作作平行行四四边边形形,过过O点画画平平行行四四边边形形的的对对角角线线,此此对对角角线线即即为合合力力F的图图示示.知识识建建构构技能能建建构构5.只只用用一一只只弹弹簧簧秤秤钩钩住住细细绳绳套套,把把橡橡皮皮条条的的结结点点拉拉到到同样样的位6.比比较较一一下下,F'与与用用平平行行四四边边形形定定则则求求出出的的合合力力F的大大小小和和方方向向.7.改五.操操作作技技巧巧及及注注意意事事项项知识识建建构构技能能建建构构(1)弹弹簧测力力计的选选取方法法是:将将两只弹弹簧测力力计调零零后互钩钩水平对对拉,若两两只弹簧簧在对拉拉过程中中,读数数相同,则可选选;若读读数不同同,应另另换,直至相同同为止.1.正确确使用弹弹簧测力力计知识建构构技能建构构(3)使使用前要要检查指指针是否否指在零零刻度线线上,否否则应校校正零位位(无法法校正的要记记录下零零误差).(2)弹弹簧测力力计不能能在超出出它的测测量范围围的情况况下使用用.(4)被被测力的的方向应应与弹簧簧测力计计轴线方方向一致致,拉动动时弹簧簧不可与与外壳相碰碰或摩擦擦.(5)读读数时应应正对、、平视刻刻度.知识建构构技能建构构(1)不不要直接接以橡皮皮条端点点为结点点,可拴拴一短细细绳连两两细绳套套,以三三绳交点为结结点,应应使结点点小些,以便准准确地记记录结点点O的位置.2.实验验注意事事项(2)在在同一次次实验中中,使橡橡皮条拉拉长时结结点O的位置一一定要相相同.(3)不不要用老老化的橡橡皮条,检查方方法是用用一个弹弹簧拉橡橡皮条,要反复复做几次,使橡橡皮条条拉到到相同同的长长度看看弹簧簧读数数有无无变化化.知识建建构(5)在同同一次次实验验中,画力力的图图示所所选定定的标标度要要相同同,并并且要要恰当当选取标度度,使使所作作力的的图示示稍大大一些些.六.误(4)细绳绳套应应适当当长一一些,便于于确定定力的的方向向,不不要直直接沿沿细绳绳套的的方向画直直线,应在在细绳绳套末末端用用铅笔笔画一一个点点,去去掉细细绳套套后知识建建构技能建建构2.使使用中中,弹弹簧秤秤的弹弹簧和和外壳壳之间间、指指针和和外壳壳之间间或弹弹簧秤秤外壳和纸纸面之之间有有摩擦擦力存存在会会造成成系统统误1.弹弹簧秤秤使用用前没没调零零会造造成系系统误误差.3.两两次测测量拉拉力时时,橡橡皮筋筋的结结点O没有拉拉到同同一点点会造造成偶偶然误误差.4.在在应用用平行行四边边形法法则作作图时时,F1、F知识建构技能建构例1下表表是某同学学为“探究究弹力和弹弹簧伸长的的关系”所所测得的几组数据据.弹力F/N0.51.01.52.02.5伸长x/cm2.65.07.29.812.4一、探究弹弹力与弹簧簧伸长的关关系知识建构技能建构(1)请你你在图甲所所示的坐标标纸上作出出F-x图线.甲知识建构技能建构(3)写出出函数表达达式中常数数的物理意意义:.(2)写出出图线所代代表的函数数式(x用m为单位位):.知识建构技能建构(4)若弹弹簧的原长长为40cm,并并且以弹簧簧的总长度度L为自变量,写出函数数表达式(以以N和m为为单位):.【名师点金】F-x图线应为过过原点的一一条直线,所以作图时时应用直线线将所描各点点连接起来来,连接时应使使尽可能多多的点落在在这条直线线上,不在这条直线线上的点应应均匀地分分布在直线线的两侧.图线的斜率率表示弹簧的劲度系系数.知识建构技能建构【规范全解】(1)将x轴每一小格格取为1cm,y轴每一小格格取为0.25N,将各点描到到坐标纸上上,并连成直线线,如图乙所示示.乙知识建构技能建构(2)由图图象得F=20x.`(3)函函数表达式式中的常数数表示该弹弹簧每伸长长(或压缩缩)1m,其弹力力增大20N.(4)函数数表达式为为:F=20(L-0.4).【答案】(1)如图乙所示示(2)F=20x(3)该弹弹簧每伸长长(或压缩缩)1m,其弹力力增大20N(4)F=20(L-0.4)知识建构技能建构方法概述在物理学中中经常用图图象处理物物理问题,应用图象象的好处是是直观、方便.根据据已知数据据选择坐标标轴的标度度是作好图图象的关键键.作图象象的方法是:用平滑的的曲线(或或直线)将将坐标纸上上的各点连连接起来,若是直线,应应使各点均均匀分布于于直线上或或直线两侧侧,偏离直直线太大的的点应舍弃,有时可以以通过改变变物理量的的方法,把把曲线变为为直线,使使图象更直观.知识建构技能建构变式训练在在“探究弹弹力与弹簧簧伸长的关关系”的实实验中,将将弹簧水平放置测出出其自然长长度,然后后竖直悬挂挂让其自然然下垂,在在其下端竖竖直向下施加外外力F,实验过程程是在弹簧簧的弹性限限度内进行行的.用记记录的外力F与弹簧的形形变量x作出的F-x图线如图所所示,由图图可知弹簧簧的劲度系数为.图线不过过原点的原原因是由于于.知识建构技能建构【规范全解】由F=kx+C可知,图象的斜率率表示劲度度系数,可求出劲度度系数k=200N/m,图象不过原原点是因为为弹簧有自自重.【答案】200N/m弹簧有自重重知识建构技能建构例2将橡橡皮条的一一端固定在在A点,另一端端拴上两根根细绳,每每根细绳分别连着着一个量程程为5N、最小刻刻度为0.1N的的弹簧测力力计,沿着着两个不同的的方向拉弹弹簧测力计计.当橡皮皮条的活动动端拉到O点时,两根根细绳相互垂垂直,如图图甲所示,这时弹簧簧测力计的的读数可从从图中读出出.甲乙乙二、验证力力的平行四四边形定则则(2)在在图乙的的方格纸纸上按作作图法的的要求画画出这两两个力及及它们的的合力.【名师点金金】(1)读弹簧测测力计示示数时,应注意首首先找零零刻度,尤其是竖直放置置的那个个弹簧测测力计是是倒置的的,它的零刻刻度在下下方.(2)作图时要首先定定好坐标标,先画出两两个力的的图示,再根据力力的平行行四边形形定则作出合力力.(1)由由图甲可可读得两两个相互互垂直的的拉力的的大小分分别为N和N(只需需精确到到0.1N).知识建构构技能建构构【规范全解解】从题可知知,弹簧秤最最小分度度为0.1N,因此,竖直向下下的弹簧秤示示数为2.5N,水平向右右的弹簧簧秤示数数为4.0N.【答案】(1)2.54.0(2)如图丙所所示丙知识建构构技能建构构知识建构构技能建构构1.李明明同学在在做“验验证力的的平行四四边形定定则”实实验时,利用坐坐标纸记下了橡皮筋筋的结点位置置O点以及两只弹弹簧测力计拉拉力的大小,如图甲所示.甲乙乙(2)有关此此实验,下列列叙述正确的的是.A.两弹簧测测力计的拉力力可以同时比比橡皮筋的拉拉力大B.橡皮筋的的拉力是合力力,两弹簧测测力计的拉力力是分力C.两次拉橡橡皮筋时,需需将橡皮筋结结点拉到同一一位置O.这样做的目目的是保证两次弹弹簧测力计拉拉力的效果相相同D.若只增大大某一只弹簧簧测力计的拉拉力大小而要要保证橡皮筋筋结点位置不变,只需需调整另一只只弹簧测力计计拉力的大小小即可(1)试在图图甲中作出无无实验误差情情况下F1和F2的合力图示,并用F表示此力.知识建构技能建构(3)图乙是是李明和张华华两位同学在在做以上实验验时得到的结结果,其中哪哪一个实验比较较符合实验事事实?(力F'是用一只弹弹簧测力计拉拉时的图示)答:.知识建构技能建构(4)在以上上实验结果比比较符合实验验事实的一位位同学中,造造成误差的主主要原因是:(至少写出两两种情况)答:.知识建构技能建构(2)两分力力可以同时大大于合力,故故A正确;结结点受三个力力作用处于平平衡状态,其中两两弹簧测力计计的拉力的合合力与第三个个力——橡皮皮筋拉力等大、反向,是一对平衡衡力,而橡皮皮筋的拉力不不是合力,故故B错;只有有保证结点在同一一位置才能说说明作用效果果相同,故C对;若两个个分力的大小变化而方向向都不变,则则合力必定变变化,故D错错.【解析】(1)用平行四边形形定则作图,即以F1、F2为两邻边作平平行四边形,对角线OF就表示合力F.(标上箭头表明明方向)(3)作图法法得到的F必为平行四边边形的对角线线,单个弹簧簧测力计的拉拉力F'一定与橡皮皮筋共线,故故张华的实验验比较符合实实验事实.(4)F2的大小比真实实值偏小且方方向比真实方方向偏左,作作图时两虚线线分别与F1线和F2线不严格平行行.知识建构技能建构【答案】(1)如图丙所示丙(2)AC(3)张华做的的符合实验事事实(4)见解解析知识建构技能建构(1)实验对对两次拉伸橡橡皮条的要求求中,下列哪哪些说法是正正确的(填字母代号号).A.将橡皮条条拉伸相同长长度即可B.将橡皮条条沿相同方向向拉到相同长长度C.将弹簧秤秤都拉伸到相相同刻度D.将橡皮条条和绳的结点点拉到相同位位置2.(2010年高考··天津理综卷卷)在探究求求合力的方法法时,先将橡橡皮条的一端固固定在在水平平木板板上,另一一端系系上带带有绳绳套的的两根根细绳绳.实实验时时,需需要两次次拉伸伸橡皮皮条,一次次是通通过两两细绳绳用两两个弹弹簧秤秤互成成角度度地拉拉橡皮条条,另另一次次是用用一个个弹簧簧秤通通过细细绳拉拉橡皮皮条.知识建建构技能建建构(2)同学学们在在操作作过程程中有有如下下议论论,其其中对对减小小实验验误差差有益益的说说法是(填字字母代代号).A.两两细绳绳必须须等长长B.弹弹簧秤秤、细细绳、、橡皮皮条都都应与与木板板平行行C.用用两弹弹簧秤秤同时时拉细细绳时时两弹弹簧秤秤示数数之差差应尽尽可能能大D.拉拉橡皮皮条的的细绳绳要长长些,标记记同一一细绳绳方向向的两两点要要远些些【解析】(1)合力与与分力力为等等效替替代关关系,实验中中力的的效果果是使使橡皮条发发生形形变,两次橡橡皮条条形变变大小小和方方向相相同则则效果果相同同,所以B、D正确.知识建建构技能建建构(2)实验验中细细绳的的作用用是用用来确确定弹弹簧秤秤的拉拉力方方向,两绳绳是否否等长长不会影影响测测量结结果,所以以A错错误;只有有弹簧簧秤、、细绳绳、橡橡皮条条与木木板平行,才能能保证证两次次的效效果相相同,以减减小测测量误误差,B正正确;用两两弹簧簧秤同时拉拉细绳绳时,要求求两弹弹簧秤秤示数数不要要太大大(以以防合合力大大于弹弹簧秤秤量程),也不不要太太小(减小小相对对误差差),对二二者示示数之之差无无特别别要求求,故故C错错误;通通过细细绳记记录力力的方方向时时,不不可避避免地地存在在误差差,两两标记记点适适当远远些,可可减小小方向向误差差,D正确确.【答案】(1)BD(2)BD知识建建构技能建建构3.(2011年高高考··江苏苏物理理卷)某同同学用用如图图所示示的实实验装装置来来验证证“力力的的平平行行四四边边形形定定则则””.弹弹簧簧测测力力计计A挂于于固固定定点点P,下下端端用用细细线线挂挂一重重物物M.弹弹簧簧测测力力计计B的一一端端用用细细线线系系于于O点,手手持持另另一一端端向向左左拉拉,使使结点点O静止止在在某某位位置置.分分别别读读出出弹弹簧簧测测力力计计A和B的示示数数,并并在在贴贴于于竖竖直木木板板的的白白纸纸上上记记录录O点的的位位置置和和拉拉线线的的方方向向.知识识建建构构技能能建建构构(2)下下列列不必必要要的实实验验要要求求是是.(请请填填写写选选项项对对应应的的字字母母).A.应应测测量量重重物物M所受受的的重重力力B.弹弹簧簧测测力力计计应应在在使使用用前前校校零零C.拉拉线线方方向向应应与与木木板板平平面面平平行行D.改改变变拉拉力力,进进行行多多次次实实验验,每每次次都都要要使使O点静静止止在在同同一一位位置置(1)本本实实验验用用的的弹弹簧簧测测力力计计示示数数的的单单位位为为N,