《2013届高考物理一轮复习 第2单元相互作用第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 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2013届高考物理一轮复习 第2单元相互作用第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 新人教版（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、.,三、实验器材,铁架台、弹簧、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.,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
3、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
4、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.
5、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.,知识建构,技能建构,二.实验原理,等效法:使一个力F的作用效果和两个力F1、F2的作用效果相同,都 是使同一条一端固定的橡皮条伸长到某点,所以这个力F就是那两 个力F1和F2的合力,作出力F的图示,再根据平行四边形定则作出力F 1和F2的合力F的图示,比较F和F的大小和方向是否相同.,知识建构,技能建构,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(若干),铅笔.,知识建构,技能建构,1.用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上.,四、实验步骤,知识建构,技能建构,3.用两只弹簧秤分别钩住细
6、绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到 某一位置O,如图所示,记录两弹簧秤的示数,用铅笔描下O点的位 置及此时两条细绳套的方向.,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.,知识建构,技能建构,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 出这两只弹簧秤的示数F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺和 三角板作 平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即 为合力F的图示.,知识建构,技能建构,5.只用一只弹簧秤钩住细绳套,把橡皮条的结点拉到 同样的位置O, 记下弹簧秤的示数F和细绳的方向,用刻度尺从O点按选定的标度沿 记录的方向作出这只弹
7、簧秤的拉力F的图示.,6.比较一下,F与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向.,7.改变 两个力F1与F2的大小和夹角,重复实验两次.,五.操作技巧及注意事项,知识建构,技能建构,(1)弹簧测力计的选取方法是:将两只弹簧测力计调零后互钩水平对 拉,若两只弹簧在对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换, 直至相同为止.,1.正确使用弹簧测力计,知识建构,技能建构,(3)使用前要检查指针是否指在零刻度线上,否则应校正零位(无法校 正的要记录下零误差).,(2)弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用.,(4)被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与 外壳相碰或摩擦.
8、,(5)读数时应正对、平视刻度.,知识建构,技能建构,(1)不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳 交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点O的位置.,2.实验注意事项,(2)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同.,(3)不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧拉橡皮条,要反复做 几次,使橡皮条拉到相同的长度看弹簧读数有无变化.,知识建构,技能建构,(5)在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选 取标度,使所作力的图示稍大一些.,六.误差分析,(4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向,不要直接沿细绳套的方 向画直线,应在细绳套末端用铅
9、笔画一个点,去掉细绳套后,再将所标 点与O点连成直线确定力的方向.,知识建构,技能建构,2.使用中,弹簧秤的弹簧和外壳之间、指针和外壳之间或弹簧秤外 壳和纸面之间有摩擦力存在会造成系统误差.,1.弹簧秤使用前没调零会造成系统误差.,3.两次测量拉力时,橡皮筋的结点O没有拉到同一点会造成偶然误 差.,4.在应用平行四边形法则作图时,F1、F2及合力F作图不准确.,知识建构,技能建构,例1 下表是某同学为“探究弹力和弹簧伸长的关系”所测得 的几组数据.,一、探究弹力与弹簧伸长的关系,知识建构,技能建构,(1)请你在图甲所示的坐标纸上作出F-x图线.,甲,知识建构,技能建构,(3)写出函数表达式中常
10、数的物理意义: .,(2)写出图线所代表的函数式(x用m为单位): .,知识建构,技能建构,(4)若弹簧的原长为40 cm,并且以弹簧的总长度L为自变量,写出函数 表达式(以N和m为单位): .,【名师点金】F-x图线应为过原点的一条直线,所以作图时应用直线 将所描各点连接起来,连接时应使尽可能多的点落在这条直线上,不 在这条直线上的点应均匀地分布在直线的两侧.图线的斜率表示弹 簧的劲度系数.,知识建构,技能建构,【规范全解】(1)将x轴每一小格取为1 cm,y轴每一小格取为0.25 N, 将各点描到坐标纸上,并连成直线,如图乙所示.,乙,知识建构,技能建构,(2)由图象得F=20x.,(3)
11、函数表达式中的常数表示该弹簧每伸长(或压缩)1 m,其弹力增 大20 N.,(4)函数表达式为:F=20(L-0.4).,【答案】(1)如图乙所示 (2)F=20x,(3)该弹簧每伸长(或压缩)1 m,其弹力增大20 N,(4)F=20(L-0.4),知识建构,技能建构,方法概述,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接起来,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,有时可以通过改变物理量的方法,把曲线变为直线,使图 象更直观.,知识
12、建构,技能建构,变式训练 在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中,将弹簧水 平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端竖直 向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的 外力F与弹簧的形变量x作出的F-x图线如图所示,由图可知弹簧的劲 度系数为 .图线不过原点的原因是由于 .,知识建构,技能建构,【规范全解】由F=kx+C可知,图象的斜率表示劲度系数,可求出劲度 系数k=200 N/m,图象不过原点是因为弹簧有自重.,【答案】200 N/m 弹簧有自重,知识建构,技能建构,例2 将橡皮条的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳,每根细 绳分别连着一个量程为5 N、最小
13、刻度为0.1 N的弹簧测力计,沿着 两个不同的方向拉弹簧测力计.当橡皮条的活动端拉到O点时,两根 细绳相互垂直,如图甲所示,这时弹簧测力计的读数可从图中读出.,甲 乙,二、验证力的平行四边形定则,(2)在图乙的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力.,【名师点金】(1)读弹簧测力计示数时,应注意首先找零刻度,尤其是 竖直放置的那个弹簧测力计是倒置的,它的零刻度在下方.(2)作图时 要首先定好坐标,先画出两个力的图示,再根据力的平行四边形定则 作出合力.,(1)由图甲可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N和 N(只需精确到0.1 N).,知识建构,技能建构,【规范全解】从题可知,弹簧秤
14、最小分度为0.1 N,因此,竖直向下的 弹簧秤示数为2.5 N,水平向右的弹簧秤示数为4.0 N.,【答案】(1)2.5 4.0 (2)如图丙所示,丙,知识建构,技能建构,知识建构,技能建构,1.李明同学在做“验证力的平行四边形定则”实验时,利用坐标纸 记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小,如 图甲所示.,甲 乙,(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
15、的拉力大小而要保证橡皮筋结点位 置不变,只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可,(1)试在图甲中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示,并用F表示 此力.,知识建构,技能建构,(3)图乙是李明和张华两位同学在做以上实验时得到的结果,其中哪 一个实验比较符合实验事实?(力F是用一只弹簧测力计拉时的图 示),答: .,知识建构,技能建构,(4)在以上实验结果比较符合实验事实的一位同学中,造成误差的主 要原因是:(至少写出两种情况),答: .,知识建构,技能建构,(2)两分力可以同时大于合力,故A正确;结点受三个力作用处于平衡 状态,其中两弹簧测力计的拉力的合力与第三个力橡皮筋拉力 等大、反向,是
16、一对平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B错;只有保 证结点在同一位置才能说明作用效果相同,故C对;若两个分力的大 小变化而方向都不变,则合力必定变化,故D错.,【解析】(1)用平行四边形定则作图,即以F1、F2为两邻边作平行四 边形,对角线OF就表示合力F.(标上箭头表明方向),(3)作图法得到的F必为平行四边形的对角线,单个弹簧测力计的拉 力F一定与橡皮筋共线,故张华的实验比较符合实验事实.,(4)F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左,作图时两虚线分 别与F1线和F2线不严格平行.,知识建构,技能建构,【答案】(1)如图丙所示,丙,(2)AC (3)张华做的符合实验事实 (4)见解析,知识建构,技能建构,(1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中,下列哪些说法是正确的 (填字母代号).,A.将橡皮条拉伸相同长度即可,B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度,C.将弹簧秤都拉伸到相
