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1、力、物体的平衡力、物体的平衡5验证力的平行四边形定则验证力的平行四边形定则探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系第二章一、验证力的平行四边形定则一、验证力的平行四边形定则1.实验目的实验目的验证共点力的合成的平行四边形定则验证共点力的合成的平行四边形定则.2.实验原理实验原理橡橡皮皮条条结结点点受受三三个个共共点点力力作作用用时时，拉拉力力F1、F2的的合合力力F与与橡橡皮皮条条弹弹力力F3平平衡衡.改改用用一一个个拉拉力力F仍仍将将结结点点拉拉到到O点点，则则F与与F等等效效，与与F3平平衡衡，以以F1、F2为为邻邻边边作作平平行行四四边边形形求求合合力力F，比比较较F与与F的的大
2、大小小和和方方向向，便便可可以以验验证证力力合合成时的平行四边形定则成时的平行四边形定则.3.实验器材实验器材方方木木板板、白白纸纸、铅铅笔笔、弹弹簧簧秤秤两两只只、三三角角板板、刻刻度度尺尺、图图钉钉、橡橡皮皮条条、细细绳绳套两个套两个.4.实验步骤及注意事项实验步骤及注意事项(1)用用图图钉钉把把白白纸纸固固定定在在水水平平桌桌面面的的方方木木板板上上，用用图图钉钉把把橡橡皮皮条条的的一一端端固固定定在在A点，橡皮条的另一端拴上细绳套点，橡皮条的另一端拴上细绳套.(2)用用两两只只弹弹簧簧秤秤钩钩住住细细绳绳套套，互互成成角角度度地地拉拉橡橡皮皮条条使使结结点点到到某某一一位位置置，应应记
3、记录录下下结结点点O的的位位置置、两两绳绳套套的的方方向向和和两弹簧秤的读数两弹簧秤的读数F1和和F2.【特特别别提提示示1】实实验验时时应应使使弹弹簧簧秤秤与与板板面面平平行行，拉拉弹弹簧簧秤秤时时用用力力不不宜宜太太大大，避免合力超过弹簧秤量程避免合力超过弹簧秤量程(3)用用铅铅笔笔和和刻刻度度尺尺从从O点点沿沿两两条条细细绳绳方方向向画画直直线线，按按选选定定的的标标度度作作出出这这两两只只弹弹簧簧秤秤的的读读数数F1和和F2的的图图示示，以以F1和和F2的的图图示示为为邻邻边边用用铅铅笔笔及及刻刻度度尺尺作作平平行行四四边边形形，两邻边所夹的对角线即为合力两邻边所夹的对角线即为合力F的
4、图示的图示.(4)用用一一只只弹弹簧簧秤秤钩钩住住细细绳绳套套，把把结结点点拉拉到到同同一一位位置置O，记记下下细细绳绳套套的的方方向向和和该该弹弹簧簧秤读数秤读数F.【特特别别提提示示2】在在本本实实验验中中，以以橡橡皮皮条条的的伸伸长长(结结点点到到达达某某一一位位置置)来来衡衡量量力力的的作作用用效效果果，因因此此在在同同一一次次实实验验中中应应该该使使两两种种情情况下结点达到同一位置况下结点达到同一位置.(5)用用铅铅笔笔及及刻刻度度尺尺按按选选定定合合适适的的标标度度画画力力F的的图图示示，比比较较F和和F的的大大小小和和方方向向.(6)改改变变F1和和F2的的大大小小和和夹夹角角，
5、重重复复做做两两次实验，得出结论次实验，得出结论.【特特别别提提示示3】实实验验与与探探究究讲讲究究科科学学性性，结结论论应应该该来来源源于于对对多多次次实实验验结结果果的的分分析析.二、探究弹力和弹簧伸长的关系二、探究弹力和弹簧伸长的关系1.实实验验目目的的探探究究弹弹簧簧的的弹弹力力与与弹弹簧簧的的形形变变量量之之间间的的关关系系，掌掌握握利利用用图图象象研研究究物理量之间关系的科学方法物理量之间关系的科学方法.2.实实验验原原理理弹弹簧簧所所受受到到的的拉拉力力与与悬悬挂挂的的物物体体重重力力平平衡衡时时，测测量量弹弹簧簧伸伸长长量量，每每个个重重物物(钩钩码码)质质量量已已知知，便便可
6、可以以利利用图象研究弹力与形变量之间的关系用图象研究弹力与形变量之间的关系.3.实验器材弹簧、直尺、钩码、铁架台实验器材弹簧、直尺、钩码、铁架台.4.实验步骤及注意事项实验步骤及注意事项(1)将将弹弹簧簧悬悬吊吊在在铁铁架架台台上上，让让弹弹簧簧自自由由下下垂垂，在在弹弹簧簧没没有有挂挂钩钩码码的的情情况况下下测测量弹簧原长量弹簧原长l0；(2)将将已已知知质质量量的的钩钩码码悬悬挂挂在在弹弹簧簧下下端端，在在平平衡衡时时测测量量弹弹簧簧的的总总长长，计计算算此此时时悬悬挂挂钩钩码码重重力力及及弹弹簧簧伸伸长长量量，并并填填写写入入表表格格内内；改改变变所所悬悬挂挂钩钩码码质质量量，重重复实验
7、多次；复实验多次； 【特特别别提提示示4】所所悬悬挂挂的的钩钩码码重重力力要要适适当，以免导致弹簧超过弹性限度当，以免导致弹簧超过弹性限度.(3)根根据据实实验验数数据据，在在坐坐标标上上以以弹弹簧簧弹弹力力为为纵纵坐坐标标，弹弹簧簧伸伸长长量量为为横横坐坐标标，描描点、作出图线；点、作出图线；(4)以以弹弹簧簧的的伸伸长长量量为为自自变变量量，根根据据图图线线写出弹簧弹力与伸长量之间的关系式写出弹簧弹力与伸长量之间的关系式.【特特别别提提示示5】学学会会运运用用图图象象法法探探究究两两个个物物理理量量之之间间的的关关系系，将将其其迁迁移移到到其其他情景中应用他情景中应用.“验验证证力力的的平
8、平行行四四边边形形定定则则”的的实实验方法验方法 在在“验验证证力力的的平平行行四四边边形形定定则则”的的实实验验中中，某某同同学学的的实实验验情情况况如如图图2-5-1(甲甲)所所示示，其其中中A为为固固定定橡橡皮皮筋筋的的图图钉钉，O为为橡橡皮皮筋筋与与细细线线的的结结点点，OB和和OC为为细细绳绳.图图2-5-1(乙乙)是是在在白白纸纸上上根根据据实实验验结结果果画画出出的图的图.下列说法正确的是下列说法正确的是()图图2-5-1A.图图(乙乙)中中的的F是是F1和和F2合合力力的的理理论论值值；F是是F1和和F2合力的实际测量值合力的实际测量值B.图图(乙乙)中中的的F是是F1和和F2
9、合合力力的的理理论论值值；F是是F1和和F2合力的实际测量值合力的实际测量值C.在在实实验验中中，如如果果将将细细绳绳换换成成弹弹簧簧，那那么对实验结果有影响么对实验结果有影响D.在在实实验验中中，如如果果将将细细绳绳换换成成橡橡皮皮筋筋，那么对实验结果有影响那么对实验结果有影响该该实实验验为为验验证证性性实实验验，实实验验时时将将以以测测量量的的两两个个分分力力的的图图示示为为邻邻边边作作平平行行四四边边形形，其其对对角角线线即即为为从从理理论论上上求求解解的的合合力力；而而用用一一个个力力仍仍将将结结点点拉拉到到O时时，根根据据该该力力所所作作出出的的有有向向线线段段为为合合力力的的真真实
10、实值值.至至于于用用细细绳绳、弹弹簧簧还还是是用用橡橡皮皮条条，只只要要将将结结点点拉拉至至O点点，就就说说明明两两次次实实验验效效果果相相同同，就就达达到到实实验验要要求求.选项选项A正确正确. 在在验验证证结结论论时时，实实验验总总会会有有误误差差存存在在，即即真真实实值值与与测测量量值值总总会会有有差差异异.只只要要在在误误差差允许范围内近似相等即可得出实验结论允许范围内近似相等即可得出实验结论.在在“验验证证力力的的平平行行四四边边形形定定则则”实验中，有三个实验步骤：实验中，有三个实验步骤：在在水水平平放放置置的的木木板板上上垫垫放放一一张张白白纸纸，把把橡橡皮皮条条的的一一端端固固
11、定定在在木木板板上上，另另一一端端拴拴两两根根细细线线，通通过过细细线线同同时时用用两两个个测测力力计计互互成成角角度度地地拉拉橡橡皮皮条条，使使它它与与细细线线的的结结点点达达某某一一位位置置O.在在白白纸纸上上记记下下O点点和和两两测测力力计计的的读读数数F1和和F2；在在纸纸上上根根据据读读数数F1和和F2的的大大小小，应应用用平行四边形定则作图求出合力平行四边形定则作图求出合力F;只只用用一一只只测测力力计计通通过过细细线线拉拉橡橡皮皮条条，使使它它的的伸伸长长量量与与用用两两测测力力计计拉拉时时相相同同，记记下下此此时时测测力力计计的的读读数数F和和细细绳绳的的方方向；向；以以上上三
12、三个个步步骤骤中中均均有有错错误误或或者者疏疏漏漏，请请指出指出.在步骤在步骤中还应记下两拉力的方向中还应记下两拉力的方向(即细线即细线的方向的方向)；在步骤；在步骤中应根据读数中应根据读数F1和和F2的的大小和方向作平行四边形；在步骤大小和方向作平行四边形；在步骤中应中应同样把结点拉到原来的同样把结点拉到原来的O位置，而不仅仅位置，而不仅仅是伸长量相同是伸长量相同运运用用图图象象法法探探究究弹弹簧簧弹弹力力与与弹弹簧伸长之间的关系簧伸长之间的关系 某某同同学学用用如如图图2-5-2所所示示装装置置做做探探究究弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长量量关关系系的的实实验验.他他先先测测出出不不挂挂砝砝码
13、码时时弹弹簧簧下下端端指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度，然然后后在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上砝砝码码，并并逐逐个个增增加加砝砝码码，测测出出指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度，所所得得数数据据列列表表如如下下：(重重力力加加速速度度g=9.8m/s2)图图2-5-2砝码质量砝码质量m/102g01.002.003.00标尺刻度标尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝码质量砝码质量m/102g4.005.006.007.00标尺刻度标尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50(1)根根据据所所测测数数据据，在在图图2-5-3坐坐标标纸纸上上作作出出
14、弹弹簧簧指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度x与与砝砝码质量码质量m的关系曲线的关系曲线.(2)根根据据所所测测得得的的数数据据和和关关系系曲曲线线可可以以判判断断，在在N范范围围内内弹弹力力大大小小与与弹弹簧簧伸伸长长关关系系满满足足胡胡克克定定律律，这这种种规规格格弹弹簧簧的的劲度系数为劲度系数为N/m.(1)描描点点、连连线线如如下下图图所所示示；作作图图的的基基本本方方法法是是：看看点点的的趋趋势势，如如果果是是直直线线，连连线线应应使使尽尽可可能能多多的的点点在在直直线线上上，并并使使直直线线两两边边的的点点尽可能对称；若是曲线则作圆滑的曲线尽可能对称；若是曲线则作圆滑的曲线.(2)
15、本本题题图图线线直直线线段段范范围围内内满满足足胡胡克克定定律律，该该直直线线部部分分斜斜率率即即为为弹弹簧簧劲劲度度系系数数.在在04.9N范范围围内内满满足足胡胡克克定定律律.从从图图线线得得知知，当当弹弹力力等等于于4.9N时时对对应应标标尺尺刻刻度度为为0.346m,对对应应弹弹簧簧伸伸长长量量为为x=l-l0=0.196m,该该实实验验中中弹弹簧簧劲劲度系数为度系数为本本题题考考查查运运用用图图象象法法探探究究物物理理量量之之间间的的关关系系的的实实验验能能力力.如如正正确确记记录录实实验验数数据据、描描点点、连连线线；根根据据图图线线并并结结合合数数学学知知识识得得出出弹弹力力与与
16、伸伸长长量量之之间间的的关关系系.在在本本实实验验中中，图图线线的的曲曲线线部部分分说说明明弹簧已经超出弹性限度弹簧已经超出弹性限度.某某学学生生用用悬悬挂挂砝砝码码的的方方法法给给弹弹簧簧施施加加力力，探探索索弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长的的关关系系.根根据据所所测测数数据据在在坐坐标标纸纸上上描描点点，得得到到如如图图2-5-4所所示示图图线线.图图中中纵纵坐坐标标表表示示弹弹簧簧所所受的拉力，横坐标表示弹簧的长度受的拉力，横坐标表示弹簧的长度.(1)以以弹弹簧簧的的长长度度为为自自变变量量，写写出出图图线线所所代代表的函数表的函数.(2)解解释释函函数数表表达达式式中中常常数数的的物物理理意意义义，并并说明这个常数与哪些因素有关？说明这个常数与哪些因素有关？图图2-5-4同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全来学校和回家的路上要注意安全
