高考物理 實(shí)驗(yàn)2驗(yàn)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 新人教版

●自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則．

二、實(shí)驗(yàn)原理1．等效法：使一個力F′的作用效果和兩個力F1、F2的作用

都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點(diǎn)，所以一個力F′就是這兩個力F1和F2的合力，作出力F′的圖示，如圖所示．效果2．平行四邊形法：根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示．3．驗(yàn)證：比較F和F′的大小和方向是否相同，若有誤差允許的范圍內(nèi)相同，則驗(yàn)證了力的平行四邊形定則．三、實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙，彈簧測力計(jì)(兩只)，橡皮條，細(xì)繩套(兩個)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個)．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上．2．用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個細(xì)繩套．3．用兩只彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條與繩的結(jié)點(diǎn)伸長到某一位置O，如圖所示，記錄

，用鉛筆描下

點(diǎn)的位置及此時兩細(xì)繩的

．兩彈簧測力計(jì)的讀數(shù)O方向4．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻尺作

，過O點(diǎn)畫平行四邊形的

，此對角線即為合力F的圖示．5．只用一只彈簧測力計(jì)通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計(jì)的

和細(xì)繩的，用刻度尺從O點(diǎn)按

沿記錄的方向作出這只彈簧測力計(jì)的拉力F′的圖示．平行四邊形對角線讀數(shù)方向同樣的標(biāo)度6．比較力F′與平行四邊形定則求出的合力F在大小和方向上是否相同．7．改變兩個力F1和F2的大小和夾角，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．●深化拓展一、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．在同一次實(shí)驗(yàn)中，使橡皮條拉長時結(jié)點(diǎn)的位置一定要相同．2．用兩個彈簧測力計(jì)鉤住細(xì)繩套互成角度地拉橡皮條時，其夾角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之間為宜．3．讀數(shù)時應(yīng)注意使彈簧測力計(jì)與木板平行，并使細(xì)繩與彈簧測力計(jì)的軸線在同一條直線上，避免彈簧與測力計(jì)外套、彈簧測力計(jì)的限位卡之間有摩擦．讀數(shù)時眼睛要正視彈簧測力計(jì)刻度，在合力不超出量程及橡皮條在彈性限度內(nèi)的前提下，測量數(shù)據(jù)盡量大一些．4．細(xì)繩應(yīng)適當(dāng)長一些，便于確定力的方向．不要直接沿細(xì)繩方向畫直線，應(yīng)在細(xì)繩兩端畫兩個射影點(diǎn)．取掉細(xì)繩后，連直線確定力的方向．5．以調(diào)零后的彈簧測力計(jì)的兩掛鉤互鉤后對拉，讀數(shù)相同為宜．6．在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示選定的標(biāo)度要相同，并且要恰當(dāng)選定標(biāo)度，使力的圖示稍大一些．二、實(shí)驗(yàn)誤差分析1．讀數(shù)誤差減小讀數(shù)誤差的方法：彈簧測力計(jì)數(shù)據(jù)在允許的情況下，盡量大一些．讀數(shù)時眼睛一定要正視刻度尺，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄．2．作圖誤差減少作圖誤差的方法：作圖時兩力的對邊一定要平行．兩個分力F1、F2間的夾角越大，用平行四邊形作出的合力F的誤差ΔF就越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把F1、F2間的夾角取得太大．●針對訓(xùn)練“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，需要將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩套(如圖)，實(shí)驗(yàn)中需用兩個彈簧測力計(jì)分別鉤住繩套，并互成角度地拉橡皮條．某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng)：A．兩根細(xì)繩必須等長B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上C．在使用彈簧測力計(jì)時要注意使彈簧測力計(jì)與木板平面平行其中正確的是__________．(填入相應(yīng)的字母)解析：本題主要考查做實(shí)驗(yàn)時的操作技能及注意事項(xiàng)，該實(shí)驗(yàn)對兩繩是否等長無要求．兩繩也不一定要關(guān)于橡皮條所在直線對稱，只要保證彈簧測力計(jì)與木板平面平行，保證力在同一水平面上即可．所以C選項(xiàng)正確．答案：C●自主學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系．(2)學(xué)會利用圖象研究兩個物理量之間的關(guān)系的方法．二、實(shí)驗(yàn)原理(1)如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．(2)用刻度尺測出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長量x，建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組(x、F)對應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探究彈力大小與伸長量間的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)器材輕質(zhì)彈簧(一根)，鉤碼(一盒)，刻度尺，鐵架臺，重垂線，坐標(biāo)紙，三角板。實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示，將鐵架臺放于桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在挨近彈簧處將刻度尺(最小分度為mm)固定于鐵架臺上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直．(2)記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0.(3)在彈簧下端掛上一個鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧下端所對應(yīng)的刻度L1.鉤碼個數(shù)刻度伸長量X彈力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，記下彈簧下端掛2個、3個、4個……鉤碼時，彈簧下端所對應(yīng)的刻度L2、L3、L4……，并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中．(5)用Xn＝Ln－L0計(jì)算出彈簧掛1個、2個、3個……鉤碼時彈簧的伸長量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎礸，計(jì)算出所掛鉤碼的總重力，這個總重力就等于彈簧彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格．(6)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，最好以彈簧彈力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)．(7)按照圖中各點(diǎn)的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)．所畫的點(diǎn)不一定正好都在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同．(8)以彈簧的伸長為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)．首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)．

(9)解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義．●深化拓展一、注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)過程中，彈簧要用輕質(zhì)彈簧，以減小系統(tǒng)誤差．注意：拉力不要超過彈簧的彈性限度，要小心觀察，適可而止．2．測量彈簧長度時，不要用手拉彈簧，要在彈簧的自然豎直狀態(tài)去測量．3．每改變一次拉力的大小就要做一次測量記錄．為了探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，要盡可能多測幾組數(shù)據(jù)，以便在坐標(biāo)紙上能描出更多的點(diǎn)，以減小誤差．4．使用數(shù)據(jù)時應(yīng)采用lx－l0，即彈簧長度的變化量．5．在坐標(biāo)紙上嘗試描寫一條平滑曲線(包括直線)時，要順著各點(diǎn)的走向來描，描出的點(diǎn)不一定正好在曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同．6．寫出曲線所代表的函數(shù)時，首先嘗試用一次函數(shù)，如果不行，再考慮其他函數(shù)．二、實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因主要有：彈簧并非理想的輕質(zhì)彈簧、讀數(shù)誤差和作圖誤差．●針對訓(xùn)練下列關(guān)于“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是 ()A．實(shí)驗(yàn)中F的具體數(shù)值必須計(jì)算出來B．如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度L代替x，F(xiàn)—L也是過原點(diǎn)的一條直線C．利用F—x直線可求出k值D．實(shí)驗(yàn)時要把所有點(diǎn)連到線上，才能探索得到真實(shí)規(guī)律解析：該實(shí)驗(yàn)研究彈簧彈力與其伸長量之間的關(guān)系，可以用一個鉤碼的重力作為彈力的單位，因此彈力F的具體數(shù)值沒必要計(jì)算出來，A錯．通過實(shí)驗(yàn)可知F∝x(伸長量)是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一直線，而用L代替x后則F—L圖線不過原點(diǎn)，故B錯．F—x圖線關(guān)系顯示，就是勁度系數(shù)k，故C對．實(shí)驗(yàn)中有的數(shù)據(jù)可能存在較大誤差，所以做圖時可以舍去，不必連到線上，故D錯．答案：C【例1】(2008·南開檢測)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)如下圖甲所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖．

(1)圖乙中的________是力F1和F2的合力的理論值；________是力F1和F2的合力的實(shí)際測量值．(2)在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否會發(fā)生變化？答：________.(選填“變”或“不變”)(3)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是 ()A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立物理模型法[解析]

(1)用平行四邊形定則作圖得到的是實(shí)驗(yàn)的理論值，即F；直接測量得到的是實(shí)際測量值，即F′.(2)細(xì)繩的作用是對結(jié)點(diǎn)O施加不同方向的拉力F1、F2，換用橡皮條拉結(jié)果是一樣的．(3)力的合成與分解就是使用的等效替代法，B正確．[答案]

(1)F

F′(2)不變(3)B【例2】在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中(1)其中有兩個實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．在水平放置的方木板上固定一張白紙，用圖釘把橡皮條的一端固定在方木板上，另一端拴上兩個繩套，通過細(xì)繩同時用兩個彈簧測力計(jì)(彈簧測力計(jì)與方木板平面平行)互成角度地拉橡皮條，使它與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O點(diǎn)，在白紙上用鉛筆記下O點(diǎn)的位置和讀出兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2.B．只用一個彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩拉橡皮條，使它的伸長量與用兩個彈簧測力計(jì)拉時相同，讀出此時彈簧測力計(jì)的示數(shù)F′和記下細(xì)繩的方向請指出以上步驟中的錯誤或疏漏：A中是_______；B中是_____________________________________(2)在某次實(shí)驗(yàn)中，兩個彈簧測力計(jì)的拉力F1、F2已在圖甲中畫出，圖中的方格每邊長度表示2N，O點(diǎn)是橡皮條的結(jié)點(diǎn)．請用兩個直角三角板嚴(yán)格作出合力F的圖示，并求出合力的大小為__________N.[解析]

(1)當(dāng)用兩個彈簧測力計(jì)互成角度地拉橡皮條，使它與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O點(diǎn)時，在白紙上用鉛筆應(yīng)記下O點(diǎn)的位置，讀出兩個彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1和F2及此時兩細(xì)繩套的方向．當(dāng)只用一個彈簧測力計(jì)拉橡皮條時，應(yīng)使結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，并記下彈簧測力計(jì)的示數(shù)和細(xì)繩的方向．(2)如圖乙所示[答案](1)未記下兩條細(xì)繩的方向應(yīng)將橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)拉到原來的位置O點(diǎn)(2)如圖乙所示

[總結(jié)提升]

對于驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)，要在熟悉實(shí)驗(yàn)原理、掌握實(shí)驗(yàn)過程的基礎(chǔ)上，理解并記憶相關(guān)的注意事項(xiàng)，否則就會出現(xiàn)誤選或多選的錯誤．用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時，重在規(guī)范作圖.【例3】某同學(xué)用如圖所示裝置做探究彈力和彈簧伸長關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．他先測出不掛砝碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)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?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g取9.8m/s2)砝碼質(zhì)量m/102g01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/10－2g15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在下圖坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)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__________范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡克定律．這種規(guī)格的彈簧勁度系數(shù)為_______________N/m.[解析]

(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)，按照各點(diǎn)的分布與走向，作出一條平滑的曲線，如圖所示．(2)由關(guān)系曲線可以看出，砝碼質(zhì)量在0～500g范圍內(nèi)，圖線近似為一條直線，即滿足彈簧的拉力和形變量成正比(胡克定律)．當(dāng)不掛砝碼時，彈簧的長度l0＝15×10－2m.當(dāng)砝碼質(zhì)量m＝500g時，l≈35×10－2m，由ΔF＝mg＝kΔx得：[答案]如圖所示(2)0～500g25[總結(jié)提升]

(1)據(jù)所給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出平滑曲線(或直線)，注意所畫的線不一定過所有點(diǎn)，原則是應(yīng)盡量使各點(diǎn)較均勻地分布在曲線(或直線)的兩側(cè)，描點(diǎn)時要符合客觀實(shí)際