高三物理一輪復習 第2章第5講 驗證力的平行四邊形定則 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 魯科版

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1、力、物體的平衡力、物體的平衡5驗證力的平行四邊形定則驗證力的平行四邊形定則探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系第二章 一、驗證力的平行四邊形定則 1.實驗目的 驗證共點力的合成的平行四邊形定則. 2.實驗原理 橡皮條結(jié)點受三個共點力作用時，拉力F1、F2的合力F與橡皮條彈力F3平衡.改用一個拉力F仍將結(jié)點拉到O點，則F與F等效，與F3平衡，以F1、F2為鄰邊作平行四邊形求合力F，比較F與F的大小和方向，便可以驗證力合成時的平行四邊形定則. 3.實驗器材 方木板、白紙、鉛筆、彈簧秤兩只、三角板、刻度尺、圖釘、橡皮條、細繩套兩個. 4.實驗步驟及注意事項 (1)用圖釘把白紙固定在水平桌

2、面的方木板上，用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上細繩套. (2)用兩只彈簧秤鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條使結(jié)點到某一位置，應記錄下結(jié)點O的位置、兩繩套的方向和兩彈簧秤的讀數(shù)F1和F2. 【特別提示1】實驗時應使彈簧秤與板面平行，拉彈簧秤時用力不宜太大，避免合力超過彈簧秤量程 (3)用鉛筆和刻度尺從O點沿兩條細繩方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧秤的讀數(shù)F1和F2的圖示，以F1和F2的圖示為鄰邊用鉛筆及刻度尺作平行四邊形，兩鄰邊所夾的對角線即為合力F的圖示. (4)用一只彈簧秤鉤住細繩套，把結(jié)點拉到同一位置O，記下細繩套的方向和該彈簧秤讀數(shù)F. 【特別提示2】在本實驗中，以

3、橡皮條的伸長(結(jié)點到達某一位置)來衡量力的作用效果，因此在同一次實驗中應該使兩種情況下結(jié)點達到同一位置. (5)用鉛筆及刻度尺按選定合適的標度畫力F的圖示，比較F和F的大小和方向. (6)改變F1和F2的大小和夾角，重復做兩次實驗，得出結(jié)論. 【特別提示3】實驗與探究講究科學性，結(jié)論應該來源于對多次實驗結(jié)果的分析. 二、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 1.實驗目的探究彈簧的彈力與彈簧的形變量之間的關(guān)系，掌握利用圖象研究物理量之間關(guān)系的科學方法. 2.實驗原理彈簧所受到的拉力與懸掛的物體重力平衡時，測量彈簧伸長量，每個重物(鉤碼)質(zhì)量已知，便可以利用圖象研究彈力與形變量之間的關(guān)系. 3.實驗器材彈簧、

4、直尺、鉤碼、鐵架臺. 4.實驗步驟及注意事項 (1)將彈簧懸吊在鐵架臺上，讓彈簧自由下垂，在彈簧沒有掛鉤碼的情況下測量彈簧原長l0； (2)將已知質(zhì)量的鉤碼懸掛在彈簧下端，在平衡時測量彈簧的總長，計算此時懸掛鉤碼重力及彈簧伸長量，并填寫入表格內(nèi)；改變所懸掛鉤碼質(zhì)量，重復實驗多次； 【特別提示4】所懸掛的鉤碼重力要適當，以免導致彈簧超過彈性限度. (3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標上以彈簧彈力為縱坐標，彈簧伸長量為橫坐標，描點、作出圖線； (4)以彈簧的伸長量為自變量，根據(jù)圖線寫出彈簧彈力與伸長量之間的關(guān)系式. 【特別提示5】學會運用圖象法探究兩個物理量之間的關(guān)系，將其遷移到其他情景中應用. “驗證力的

5、平行四邊形定則”的實驗方法 在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，某同學的實驗情況如圖2-5-1(甲)所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細線的結(jié)點，OB和OC為細繩.圖2-5-1(乙)是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖.下列說法正確的是()圖圖2-5-1 A.圖(乙)中的F是F1和F2合力的理論值；F是F1和F2合力的實際測量值 B.圖(乙)中的F是F1和F2合力的理論值；F是F1和F2合力的實際測量值 C.在實驗中，如果將細繩換成彈簧，那么對實驗結(jié)果有影響 D.在實驗中，如果將細繩換成橡皮筋，那么對實驗結(jié)果有影響 該實驗為驗證性實驗，實驗時將以測量的兩個分力的圖示為鄰邊作平行四邊形，其

6、對角線即為從理論上求解的合力；而用一個力仍將結(jié)點拉到O時，根據(jù)該力所作出的有向線段為合力的真實值.至于用細繩、彈簧還是用橡皮條，只要將結(jié)點拉至O點，就說明兩次實驗效果相同，就達到實驗要求.選項A正確. 在驗證結(jié)論時，實驗總會有誤差存在，即真實值與測量值總會有差異.只要在誤差允許范圍內(nèi)近似相等即可得出實驗結(jié)論. 在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，有三個實驗步驟： 在水平放置的木板上墊放一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端拴兩根細線，通過細線同時用兩個測力計互成角度地拉橡皮條，使它與細線的結(jié)點達某一位置O.在白紙上記下O點和兩測力計的讀數(shù)F1和F2； 在紙上根據(jù)讀數(shù)F1和F2的大小，應用

7、平行四邊形定則作圖求出合力F; 只用一只測力計通過細線拉橡皮條，使它的伸長量與用兩測力計拉時相同，記下此時測力計的讀數(shù)F和細繩的方向； 以上三個步驟中均有錯誤或者疏漏，請指出.在步驟在步驟中還應記下兩拉力的方向中還應記下兩拉力的方向(即細線即細線的方向的方向)；在步驟；在步驟中應根據(jù)讀數(shù)中應根據(jù)讀數(shù)F1和和F2的的大小和方向作平行四邊形；在步驟大小和方向作平行四邊形；在步驟中應中應同樣把結(jié)點拉到原來的同樣把結(jié)點拉到原來的O位置，而不僅僅位置，而不僅僅是伸長量相同是伸長量相同 運用圖象法探究彈簧彈力與彈簧伸長之間的關(guān)系 某同學用如圖2-5-2所示裝置做探究彈力和彈簧伸長量關(guān)系的實驗.他先測出不掛

8、砝碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個增加砝碼，測出指針所指的標尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g=9.8m/s2)圖圖2-5-2砝碼質(zhì)量砝碼質(zhì)量m/102g01.002.003.00標尺刻度標尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝碼質(zhì)量砝碼質(zhì)量m/102g4.005.006.007.00標尺刻度標尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50 (1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖2-5-3坐標紙上作出彈簧指針所指的標尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線. (2)根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡克定律

9、，這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為N/m. (1)描點、連線如下圖所示；作圖的基本方法是：看點的趨勢，如果是直線，連線應使盡可能多的點在直線上，并使直線兩邊的點盡可能對稱；若是曲線則作圓滑的曲線. (2)本題圖線直線段范圍內(nèi)滿足胡克定律，該直線部分斜率即為彈簧勁度系數(shù).在04.9N范圍內(nèi)滿足胡克定律.從圖線得知，當彈力等于4.9N時對應標尺刻度為0.346m,對應彈簧伸長量為x=l-l0=0.196m,該實驗中彈簧勁度系數(shù)為4.9/25.0/0.196FkN mN mx 本題考查運用圖象法探究物理量之間的關(guān)系的實驗能力.如正確記錄實驗數(shù)據(jù)、描點、連線；根據(jù)圖線并結(jié)合數(shù)學知識得出彈力與伸長量之間的關(guān)系.在本實驗中，圖線的曲線部分說明彈簧已經(jīng)超出彈性限度. 某學生用懸掛砝碼的方法給彈簧施加力，探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系.根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點，得到如圖2-5-4所示圖線.圖中縱坐標表示彈簧所受的拉力，橫坐標表示彈簧的長度. (1)以彈簧的長度為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù). (2)解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義，并說明這個常數(shù)與哪些因素有關(guān)？圖圖2-5-460/4/154202020.FkN cmN cmxFxkcm對彈簧，即函數(shù)式為；式中常數(shù) 為彈簧的勁度系數(shù)，它與彈簧的材料、直徑、圈數(shù)等有關(guān)式中的“”表示彈簧的原長為