实验验证力的平行四边形定则课件

第5节实验：验证力的平行四边形定则探究弹力与弹簧伸长的关系1．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．2．实验原理等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是

，所以这一个力F′就是两个力F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据

作出力F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同．让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点平行四边形定则一、验证力的平行四边形定则3．实验器材方木板，白纸，弹簧秤(两只)，

，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)．4．实验步骤(1)用图钉把白纸钉在水平桌面的方木板上．(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．橡皮条(5)只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下

和

，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示．(6)比较一下，力F′与用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与F2的大小和夹角，再重复实验两次．弹簧秤的读数细绳的方向1．实验目的知道弹力与弹簧伸长的定量关系，学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据．2．实验原理弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是

，用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的砝码的重力

．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由

进行计算．这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．相等的相等拉长后的长度减去弹簧原来的长度二、探究弹力和弹簧伸长的关系科目三考试科目3实际道路考试技巧、视频教程科目四考试科目四模拟考试题C1科目四仿真考试1234567F/NL/cmx/cm(3)改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．(4)以弹力F(大小等于

)为纵坐标，以

为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线．所挂钩码的重力弹簧的伸长量x(5)以

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．(6)得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．弹簧的伸长量例1(1)在做“互成角度的两个力的合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是()A．同一次实验过程中，O点位置允许变动B．实验中，弹簧测力计必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度题型一：对操作步骤和实验注意事项的考查C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等【解析】(1)从橡皮条固定点到O点的连线方向，是合力的作用线方向，如果O点变动，那么合力的大小、方向都要变化，就不能验证力的平行四边形定则，故A选项错误．C选项中，因一个弹簧测力计已拉到最大量程，再通过另一个弹簧测力计拉橡皮条到O点时，另一个弹簧测力计可能超过量程，造成损坏或读数不准，故C选项错误．互成角度的两个力的合成是利用平行四边形定则合成的，两个分力成任意角度都适用，不必成90°角，故D选项错误．(2)本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，以改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长的关系，弹簧的伸长量是弹簧长度与原长的差值，所以AB正确．【答案】(1)ACD(2)AB【方法与知识感悟】《验证力的平行四边形定则》实验注意事项1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法是：将两只弹簧测力计调零后互钩对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中读数相同，则可选；若读数不同应调整或另换，直至相同为止．2．在同一次实验中，使橡皮条拉长时的结点O位置一定要相同．3．用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小，在60°～100°之间为宜．《探究弹力与弹簧伸长的关系》实验注意事项：1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸而超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止．2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点的间距尽可能大，这样作出的图线更精确．3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差．4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.例2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．他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，读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)

钩码质量m/102g01.002.003.004.005.00标尺刻度x/10－2m15.0018.9422.8226.7830.6634.60题型二：对实验数据的处理和误差分析(1)根据所测数据，在坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线．(2)根据所测得的数据和作出的x－m关系曲线可以求出，这种规格弹簧的劲度系数为__________N/m.(2)根据图线可以看出，标尺刻度x与钩码质量m成一次函数关系，弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．由图线可以求出弹簧的劲度系数k，则k＝24.5N/m.【答案】(1)见解析(2)24.5【方法与知识感悟】在物理学中经常用图象处理物理问题，应用图象的好处是直观、方便，根据已知数据选择坐标轴的标度是作好图象的关键．作图象的方法是：用平滑的曲线(或直线)将坐标纸上的各点连结起来，若是直线，应使各点均匀分布于直线上或直线两侧，偏离直线太大的点应舍弃，有时可以通过改变坐标轴所表示的物理量的方法，把曲线变为直线，使图象更直观．例3有同学利用如图所示的装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，固定两个光滑的滑轮A和B，将绳子打一个结点O，每个钩码的重量相等，当系统达到平衡时，根据钩码个数读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题：(1)改变钩码个数，实验能完成的是()A．钩码的个数N1＝N2＝2，N3＝4B．钩码的个数N1＝N3＝3，N2＝4C．钩码的个数N1＝N2＝N3＝4D．钩码的个数N1＝3，N2＝4，N3＝5(3)在作图时，你认为下图中______是正确的．(填“甲”或“乙”)【解析】实验中的分力与合力的关系必须满足：|F1－F2|<F3<F1＋F2，因此B、C、D选项是可以的．(2)A(3)甲实验中F3是竖直向下的．【答案】(1)BCD(2)A(3)甲请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中

；B中

．(2)在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在下图中画出，图中的方格的边长表示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.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【解析】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，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．当只用一只弹簧测力计拉时，应使结点拉到同样的位置O，并记下弹簧测力计的读数和细绳的方向．【点评】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，否则就会出现错误．用图象法处理实验数据时，重在规范作图．3．(6分)某同学欲探究“橡皮筋形变与外力的关系”．将橡皮筋自由悬挂，测出其长度，在其下端竖直悬挂钩码，稳定后测出橡皮筋的长度，并记录钩码个数．改变钩码个数，重复上述步骤．该同学在右图坐标中根据外力F与橡皮筋形变x的数据标出了五个点．(1)请你在图中描绘出相应的F－x图象．(2)根据图象求出橡皮筋的劲度系数为____N/m(保留两位有效数字)．204．做“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力大小为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连结起来；B．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L0；C．将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重)，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；D．依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码；E．以弹簧伸长量x为自变量，写出弹力大小F与伸长量x的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，再尝试着写成二次函数；F．解释函数表达式中常数的物理意义；G．整理仪器．请将以上步骤按操作的先后顺序排列起来：

．CBDAEFG1．“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，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．图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是

．【巩固基础】F′2．一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示．下列表述正确的是()A．a的原长比b的长B．a的劲度系数比b的大C．a的劲度系数比b的小D．测得的弹力与弹簧的长度成正比B【解析】图象中的斜率表示劲度系数，可知a的劲度系数比b的大，B正确；与l轴的截据表示原长则a的原长比b的短，A错误．*(2)有关此实验，下列叙述正确的是

．A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O.这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同D．若只增大某一只弹簧测力计的