2013屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2單元相互作用第5講　實(shí)驗(yàn)：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系驗(yàn)證力的平行四邊形定則課件 新人教版

1、第第5講實(shí)驗(yàn)講實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系驗(yàn)證力的平行四邊形定則驗(yàn)證力的平行四邊形定則 知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.培養(yǎng)用所學(xué)知識探究物理規(guī)律的能力.一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系.知識建構(gòu)技能建構(gòu)二、實(shí)驗(yàn)原理3.養(yǎng)成用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的習(xí)慣.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.知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力作用下的伸長量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,就可探知彈力

2、大小與伸長量的關(guān)系.三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線.知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.按右圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,特別注意靠近彈簧的毫米刻度尺要用重垂線檢查是否豎直.四、實(shí)驗(yàn)步驟知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.在彈簧下懸掛不同的鉤碼個數(shù),并換算成重力,重力就等于彈簧的彈力大小,并將數(shù)據(jù)依次填入表格,用F表示彈力,l表示彈簧的總長,x表示伸長量. 1234567F/N l/cm x/cm 2.記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0.知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出F-x圖象(以F為縱軸,以x為橫軸)按照F-x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)不一定正好在這條

3、曲線上,但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同.嘗試寫出曲線所代表的函數(shù),首先嘗試F-x是否為一次函數(shù),如果不行則考慮二次函數(shù)或其他函數(shù).知識建構(gòu)技能建構(gòu)5.得出結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi),應(yīng)得出彈力的大小與彈簧的伸長量成正比,即F=kx,其中k的單位由F和x的單位決定.6.換用一根彈簧與上面的彈簧對比,在伸長量相同的情況下,彈力大的k越大,說明“k”反映了彈簧的“勁度”,從而充分認(rèn)識k的物理意義.五、注意事項(xiàng)知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.只有在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力才與彈簧的伸長量成正比.所以在彈簧下掛鉤碼時,注意不要使彈簧所受拉力超過其彈性限度.1.由于彈簧有一定重量,將其自然懸掛時的長度與平放時的長度不一樣.

4、量取L0時,應(yīng)將彈簧一端固定在鐵架臺上的鐵夾上,讓其自然下垂,再用毫米刻度尺量得自然狀態(tài)下的原長.3.若用作圖法研究彈簧的彈力與其伸長量的關(guān)系,由于實(shí)驗(yàn)誤差,依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描成的點(diǎn)不會完全在一條直線上.這時所作直線應(yīng)盡量多的通過這些點(diǎn),并使不在直線上的點(diǎn)盡量均勻分布在所作直線的兩側(cè).明顯與其他的點(diǎn)相差很遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去.知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.如果實(shí)驗(yàn)中不用彈簧的伸長量而用彈簧的總長,得到的不是正比例函數(shù),關(guān)系較為復(fù)雜.根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊脧椈傻纳扉L量.如果彈簧伸長量的單位用米,彈力的單位用牛,函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)k的單位是牛每米,即N/m.(二)驗(yàn)證力的平行四邊形定則一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證互成角度的兩個力合成時的

5、平行四邊形定則.知識建構(gòu)技能建構(gòu)二.實(shí)驗(yàn)原理等效法:使一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果相同,都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到某點(diǎn),所以這個力F就是那兩個力F1和F2的合力,作出力F的圖示,再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示,比較F和F的大小和方向是否相同.知識建構(gòu)技能建構(gòu)三.實(shí)驗(yàn)器材方木板,白紙,彈簧測力計(兩只),橡皮條,細(xì)繩套(兩個),三角板,刻度尺,圖釘(若干),鉛筆.知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上.四、實(shí)驗(yàn)步驟知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧秤的示數(shù)

6、,用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時兩條細(xì)繩套的方向.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.知識建構(gòu)技能建構(gòu)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)度作出這兩只彈簧秤的示數(shù)F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示.知識建構(gòu)技能建構(gòu)5.只用一只彈簧秤鉤住細(xì)繩套,把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O,記下彈簧秤的示數(shù)F和細(xì)繩的方向,用刻度尺從O點(diǎn)按選定的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧秤的拉力F的圖示.6.比較一下,F與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向.7.改變兩個力F1與F2的大小

7、和夾角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次.五.操作技巧及注意事項(xiàng)知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計調(diào)零后互鉤水平對拉,若兩只彈簧在對拉過程中,讀數(shù)相同,則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換,直至相同為止.1.正確使用彈簧測力計知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)使用前要檢查指針是否指在零刻度線上,否則應(yīng)校正零位(無法校正的要記錄下零誤差).(2)彈簧測力計不能在超出它的測量范圍的情況下使用.(4)被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致,拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦.(5)讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套,以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些,以便準(zhǔn)確

8、地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置.2.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(2)在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時結(jié)點(diǎn)O的位置一定要相同.(3)不要用老化的橡皮條,檢查方法是用一個彈簧拉橡皮條,要反復(fù)做幾次,使橡皮條拉到相同的長度看彈簧讀數(shù)有無變化.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(5)在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些.六.誤差分析(4)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向,不要直接沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個點(diǎn),去掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連成直線確定力的方向.知識建構(gòu)技能建構(gòu)2.使用中,彈簧秤的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧秤外殼和紙面之間有摩擦力存在會造成系統(tǒng)誤

9、差. 1.彈簧秤使用前沒調(diào)零會造成系統(tǒng)誤差. 3.兩次測量拉力時,橡皮筋的結(jié)點(diǎn)O沒有拉到同一點(diǎn)會造成偶然誤差. 4.在應(yīng)用平行四邊形法則作圖時,F1、F2及合力F作圖不準(zhǔn)確.知識建構(gòu)技能建構(gòu)例1下表是某同學(xué)為“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”所測得的幾組數(shù)據(jù).彈力F/N0.51.01.52.02.5伸長x/cm2.65.07.29.812.4一、探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)請你在圖甲所示的坐標(biāo)紙上作出F-x圖線.甲知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)寫出函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義: .(2)寫出圖線所代表的函數(shù)式(x用m為單位): .知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)若彈簧的原長為40 cm,并且以彈簧的總

10、長度L為自變量,寫出函數(shù)表達(dá)式(以N和m為單位): .【名師點(diǎn)金】F-x圖線應(yīng)為過原點(diǎn)的一條直線,所以作圖時應(yīng)用直線將所描各點(diǎn)連接起來,連接時應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上,不在這條直線上的點(diǎn)應(yīng)均勻地分布在直線的兩側(cè).圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù).知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】(1)將x軸每一小格取為1 cm,y軸每一小格取為0.25 N,將各點(diǎn)描到坐標(biāo)紙上,并連成直線,如圖乙所示.乙知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)由圖象得F=20 x.(3)函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(或壓縮)1 m,其彈力增大20 N.(4)函數(shù)表達(dá)式為:F=20(L-0.4).【答案】(1)如圖乙所示 (2)F=20 x(3

11、)該彈簧每伸長(或壓縮)1 m,其彈力增大20 N(4)F=20(L-0.4)知識建構(gòu)技能建構(gòu)方法概述在物理學(xué)中經(jīng)常用圖象處理物理問題,應(yīng)用圖象的好處是直觀、方便.根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)軸的標(biāo)度是作好圖象的關(guān)鍵.作圖象的方法是:用平滑的曲線(或直線)將坐標(biāo)紙上的各點(diǎn)連接起來,若是直線,應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè),偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄,有時可以通過改變物理量的方法,把曲線變?yōu)橹本€,使圖象更直觀.知識建構(gòu)技能建構(gòu)變式訓(xùn)練 在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,將彈簧水平放置測出其自然長度,然后豎直懸掛讓其自然下垂,在其下端豎直向下施加外力F,實(shí)驗(yàn)過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的.用記錄的外

12、力F與彈簧的形變量x作出的F-x圖線如圖所示,由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為 .圖線不過原點(diǎn)的原因是由于 .知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】由F=kx+C可知,圖象的斜率表示勁度系數(shù),可求出勁度系數(shù)k=200 N/m,圖象不過原點(diǎn)是因?yàn)閺椈捎凶灾?【答案】200 N/m彈簧有自重知識建構(gòu)技能建構(gòu)例2將橡皮條的一端固定在A點(diǎn),另一端拴上兩根細(xì)繩,每根細(xì)繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計,沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計.當(dāng)橡皮條的活動端拉到O點(diǎn)時,兩根細(xì)繩相互垂直,如圖甲所示,這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中讀出.甲乙二、驗(yàn)證力的平行四邊形定則(2)在圖乙的方格紙上按作圖法的要求畫出這

13、兩個力及它們的合力.【名師點(diǎn)金】(1)讀彈簧測力計示數(shù)時,應(yīng)注意首先找零刻度,尤其是豎直放置的那個彈簧測力計是倒置的,它的零刻度在下方.(2)作圖時要首先定好坐標(biāo),先畫出兩個力的圖示,再根據(jù)力的平行四邊形定則作出合力.(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N(只需精確到0.1 N).知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】從題可知,彈簧秤最小分度為0.1 N,因此,豎直向下的彈簧秤示數(shù)為2.5 N,水平向右的彈簧秤示數(shù)為4.0 N.【答案】(1)2.5 4.0 (2)如圖丙所示丙知識建構(gòu)技能建構(gòu)知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.李明同學(xué)在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時,利用坐標(biāo)紙記下了橡皮筋的結(jié)點(diǎn)

14、位置O點(diǎn)以及兩只彈簧測力計拉力的大小,如圖甲所示.甲乙 (2)有關(guān)此實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是 .A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測力計的拉力是分力C.兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結(jié)點(diǎn)位置不變,只需調(diào)整另一只彈簧測力計拉力的大小即可(1)試在圖甲中作出無實(shí)驗(yàn)誤差情況下F1和F2的合力圖示,并用F表示此力.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)圖乙是李明和張華兩位同學(xué)在做以上實(shí)驗(yàn)時得到的結(jié)果,其中哪一個實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)?(力F是用一只彈簧測力計拉時的圖示

15、)答: .知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)在以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一位同學(xué)中,造成誤差的主要原因是:(至少寫出兩種情況)答: .知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)兩分力可以同時大于合力,故A正確;結(jié)點(diǎn)受三個力作用處于平衡狀態(tài),其中兩彈簧測力計的拉力的合力與第三個力橡皮筋拉力等大、反向,是一對平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B錯;只有保證結(jié)點(diǎn)在同一位置才能說明作用效果相同,故C對;若兩個分力的大小變化而方向都不變,則合力必定變化,故D錯.【解析】(1)用平行四邊形定則作圖,即以F1、F2為兩鄰邊作平行四邊形,對角線OF就表示合力F.(標(biāo)上箭頭表明方向)(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線,單個彈簧測力

16、計的拉力F一定與橡皮筋共線,故張華的實(shí)驗(yàn)比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí).(4)F2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)方向偏左,作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴(yán)格平行.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【答案】(1)如圖丙所示丙(2)AC (3)張華做的符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) (4)見解析知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)實(shí)驗(yàn)對兩次拉伸橡皮條的要求中,下列哪些說法是正確的 (填字母代號).A.將橡皮條拉伸相同長度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置2.(2010年高考天津理綜卷)在探究求合力的方法時,先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩.實(shí)驗(yàn)時,需要兩次拉伸橡

17、皮條,一次是通過兩細(xì)繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧秤通過細(xì)繩拉橡皮條.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)同學(xué)們在操作過程中有如下議論,其中對減小實(shí)驗(yàn)誤差有益的說法是 (填字母代號).A.兩細(xì)繩必須等長B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C.用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可能大D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要遠(yuǎn)些【解析】(1)合力與分力為等效替代關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中力的效果是使橡皮條發(fā)生形變,兩次橡皮條形變大小和方向相同則效果相同,所以B、D正確.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩的作用是用來確定彈簧秤的拉力方向,兩繩是否等長不會影響測量結(jié)果,所以A錯誤;只有彈簧

18、秤、細(xì)繩、橡皮條與木板平行,才能保證兩次的效果相同,以減小測量誤差,B正確;用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時,要求兩彈簧秤示數(shù)不要太大(以防合力大于彈簧秤量程),也不要太小(減小相對誤差),對二者示數(shù)之差無特別要求,故C錯誤;通過細(xì)繩記錄力的方向時,不可避免地存在誤差,兩標(biāo)記點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些,可減小方向誤差,D正確.【答案】(1)BD (2)BD知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.(2011年高考江蘇物理卷)某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點(diǎn)P,下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn),手持另一端向左拉,使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是 .(請?zhí)顚戇x項(xiàng)對應(yīng)的字母).A.應(yīng)測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應(yīng)在使用前校零C.拉線方向應(yīng)與