高考物理 实验2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 新人教版

●自主学习一、实验目的验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．

二、实验原理1．等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用

都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示．效果2．平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示．3．验证：比较F和F′的大小和方向是否相同，若有误差允许的范围内相同，则验证了力的平行四边形定则．三、实验器材方木板、白纸，弹簧测力计(两只)，橡皮条，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)．四、实验步骤1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上．2．用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．3．用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录

，用铅笔描下

点的位置及此时两细绳的

．两弹簧测力计的读数O方向4．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻尺作

，过O点画平行四边形的

，此对角线即为合力F的图示．5．只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的

和细绳的，用刻度尺从O点按

沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示．平行四边形对角线读数方向同样的标度6．比较力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同．7．改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次．●深化拓展一、实验注意事项1．在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．2．用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜．3．读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧与测力计外套、弹簧测力计的限位卡之间有摩擦．读数时眼睛要正视弹簧测力计刻度，在合力不超出量程及橡皮条在弹性限度内的前提下，测量数据尽量大一些．4．细绳应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳方向画直线，应在细绳两端画两个射影点．取掉细绳后，连直线确定力的方向．5．以调零后的弹簧测力计的两挂钩互钩后对拉，读数相同为宜．6．在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些．二、实验误差分析1．读数误差减小读数误差的方法：弹簧测力计数据在允许的情况下，尽量大一些．读数时眼睛一定要正视刻度尺，要按有效数字正确读数和记录．2．作图误差减少作图误差的方法：作图时两力的对边一定要平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．●针对训练“验证力的平行四边形定则”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图)，实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条．某同学认为在此过程中必须注意以下几项：A．两根细绳必须等长B．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C．在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行其中正确的是__________．(填入相应的字母)解析：本题主要考查做实验时的操作技能及注意事项，该实验对两绳是否等长无要求．两绳也不一定要关于橡皮条所在直线对称，只要保证弹簧测力计与木板平面平行，保证力在同一水平面上即可．所以C选项正确．答案：C●自主学习一、实验目的(1)探究弹力与弹簧伸长的定量关系．(2)学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法．二、实验原理(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重力大小相等．(2)用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量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，就可探究弹力大小与伸长量间的关系．实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，重垂线，坐标纸，三角板。实验步骤(1)如图所示，将铁架台放于桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直．(2)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0.(3)在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1.钩码个数刻度伸长量X弹力F0123⋮nL0＝L1＝L2＝L3＝⋮Ln＝X1＝L1－L0X2＝L2－L0X3＝L3－L0⋮Xn＝Ln－L0F1＝F2＝F3＝⋮Fn＝(4)用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4……，并将所得数据记录在表格中．(5)用Xn＝Ln－L0计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格．(6)根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标．(7)按照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都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．(8)以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．

(9)解释函数表达式中常数的物理意义．●深化拓展一、注意事项1．实验过程中，弹簧要用轻质弹簧，以减小系统误差．注意：拉力不要超过弹簧的弹性限度，要小心观察，适可而止．2．测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，要在弹簧的自然竖直状态去测量．3．每改变一次拉力的大小就要做一次测量记录．为了探究弹力和弹簧伸长的关系，要尽可能多测几组数据，以便在坐标纸上能描出更多的点，以减小误差．4．使用数据时应采用lx－l0，即弹簧长度的变化量．5．在坐标纸上尝试描写一条平滑曲线(包括直线)时，要顺着各点的走向来描，描出的点不一定正好在曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．6．写出曲线所代表的函数时，首先尝试用一次函数，如果不行，再考虑其他函数．二、实验误差的主要来源本实验产生误差的原因主要有：弹簧并非理想的轻质弹簧、读数误差和作图误差．●针对训练下列关于“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验的说法中正确的是 ()A．实验中F的具体数值必须计算出来B．如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F—L也是过原点的一条直线C．利用F—x直线可求出k值D．实验时要把所有点连到线上，才能探索得到真实规律解析：该实验研究弹簧弹力与其伸长量之间的关系，可以用一个钩码的重力作为弹力的单位，因此弹力F的具体数值没必要计算出来，A错．通过实验可知F∝x(伸长量)是过坐标原点的一直线，而用L代替x后则F—L图线不过原点，故B错．F—x图线关系显示，就是劲度系数k，故C对．实验中有的数据可能存在较大误差，所以做图时可以舍去，不必连到线上，故D错．答案：C【例1】(2008·南开检测)“验证力的平行四边形定则”的实验如下图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳．图乙是在白纸上根据实验结果画出的图．

(1)图乙中的________是力F1和F2的合力的理论值；________是力F1和F2的合力的实际测量值．(2)在实验中，如果将细绳也换成橡皮筋，那么实验结果是否会发生变化？答：________.(选填“变”或“不变”)(3)本实验采用的科学方法是 ()A．理想实验法 B．等效替代法C．控制变量法 D．建立物理模型法[解析]

(1)用平行四边形定则作图得到的是实验的理论值，即F；直接测量得到的是实际测量值，即F′.(2)细绳的作用是对结点O施加不同方向的拉力F1、F2，换用橡皮条拉结果是一样的．(3)力的合成与分解就是使用的等效替代法，B正确．[答案]

(1)F

F′(2)不变(3)B【例2】在“验证力的平行四边形定则”的实验中(1)其中有两个实验步骤如下：A．在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置和读出两个弹簧测力计的示数F1和F2.B．只用一个弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与用两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′和记下细绳的方向请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中是_______；B中是_____________________________________(2)在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图甲中画出，图中的方格每边长度表示2N，O点是橡皮条的结点．请用两个直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为__________N.[解析]

(1)当用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点时，在白纸上用铅笔应记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数F1和F2及此时两细绳套的方向．当只用一个弹簧测力计拉橡皮条时，应使结点拉到同样的位置O，并记下弹簧测力计的示数和细绳的方向．(2)如图乙所示[答案](1)未记下两条细绳的方向应将橡皮条与细绳的结点拉到原来的位置O点(2)如图乙所示

[总结提升]

对于验证力的平行四边形定则的实验，要在熟悉实验原理、掌握实验过程的基础上，理解并记忆相关的注意事项，否则就会出现误选或多选的错误．用图象法处理实验数据时，重在规范作图.【例3】某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．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取9.8m/s2)砝码质量m/102g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/10－2g15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据，在下图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__________范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．这种规格的弹簧劲度系数为_______________N/m.[解析]

(1)根据表中数据描点，按照各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线，如图所示．(2)由关系曲线可以看出，砝码质量在0～500g范围内，图线近似为一条直线，即满足弹簧的拉力和形变量成正比(胡克定律)．当不挂砝码时，弹簧的长度l0＝15×10－2m.当砝码质量m＝500g时，l≈35×10－2m，由ΔF＝mg＝kΔx得：[答案]如图所示(2)0～500g25[总结提升]

(1)据所给实验数据描点，然后作出平滑曲线(或直线)，注意所画的线不一定过所有点，原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线(或直线)的两侧，描点时要符合客观实际