實驗二探究彈力和彈簧伸長的關系學案及驗證力的平等四邊形

1、第二章 相互作用實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系編寫：馬清秀 審核：馬清秀 2011.7.8【考情分析】 考試大綱 大綱解讀實驗二：探究彈力和彈簧伸長的關系 彈力和胡克定律是力學的重要基礎，在彈簧中以彈簧在具體情景中的應用為主要考查內(nèi)容，主要考查數(shù)據(jù)的處理和原理的理解，未來高考在本實驗上的命題頻率不會太高，難度也不會太大，有可能向原理的拓展方向發(fā)展【考點知識梳理】實驗目的：1探究彈力與彈簧_的定量關系 2學會利用列表法、圖像法、函數(shù)處理法處理實驗數(shù)據(jù)實驗原理：彈簧受力會發(fā)生形變，形變大小與_有關系沿彈簧方向拉彈簧，當形變穩(wěn)定時，彈簧彈力與拉力在數(shù)值上_用懸掛法測量彈簧的彈力，正是應用了平衡時彈

2、簧彈力與所掛鉤碼重力相等的關系彈簧長度可用_直接測出，伸長量可由_減去彈簧原長得到，這樣就可以研究彈簧的彈力和伸長量之間的定量關系 實驗器材：彈簧、_、鐵架臺、鉤碼若干、坐標紙 【考點知識解讀】一、實驗步驟1將彈簧的一端固定在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧的自然伸長狀態(tài)下的長度lo，即彈簧的原長 2如圖2-4-1所示，在彈簧下掛質(zhì)量為m1的鉤碼，量出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，填入設計的表格中 圖2-4-13改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對應的彈簧的長度，記錄m2、m3、m4、m5和相對應的l2 、l3、l4，l5，并得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4和x5 鉤碼個數(shù)長度伸

3、長量彈力F0lo=001l1=x1= l1loF1=2l2=x2= l2loF2=3l3=x3= l3loF3=4以彈力F（大小等于所掛鉤碼的重力）為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖，連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線 5以彈簧的伸長量為自變量，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) 6得出彈力和彈簧伸長之間的定量關系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義 二、注意事項1所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度要注意觀察，適可而止 2每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大些，從而使坐標上描的點盡可能距離遠些，這樣作出的圖像更精確 3測量彈簧長度時，一

4、定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，減小誤差 4描點畫線時，所描的點不一定都落在一條線上，但應注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè) 5記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力與彈簧伸長量的對應關系及單位 三、誤差分析1鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差 2畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差 【例題1】以下是一位同學做“探究形變與彈力的關系”的實驗下列實驗步驟是這位同學準備完成的，請你幫這位同學按操作的先后順序，用字母排列出來是： A以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)（x，F(xiàn)）對應的點，并用平滑的曲線連接起來 B記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度L0C將鐵架臺固定于桌子上，并將彈

5、簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺D依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼E以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關系式【例題2】幾個同學合作如圖2-4-3所示裝置探究“彈力和彈簧伸長的關系”，彈簧的上端與標尺的零刻度對齊，他先讀出不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個增加鉤碼，依次讀出指針所指的標尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：（彈簧始終未超過彈性限度，重力加速度g=9.8m/s2）鉤碼質(zhì)量m/g0306090120150標尺刻x/102m6.007.158.349.481

6、0.6411.79圖2-4-3x/10-2 mm/g30121060901201508460圖2-4-4（1）根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖2-4-4所示的坐標紙上作出彈簧指針所指的標尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的關系曲線 （2）作出的圖線與軸交點的縱坐標值的物理意義是 ；這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)k= N/m（保留三位有效數(shù)字） 【限時檢測】1如圖實17甲所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連當對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關系圖象(如圖乙)則下列判斷正確的是 圖實17A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比B彈簧長度的增加量與對應的彈力增加量成正比C該彈簧

7、的勁度系數(shù)是200 N/mD該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變2. 某同學在做“研究彈簧的形變與外力的關系”實驗時，將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂，測出其自然長度；然后在其下部施加外力F，測出彈簧的總長度L，改變外力F的大小，測出幾組數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長度L的關系圖線如圖實18所示(實驗過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進行的)由圖可知該彈簧的自然長度為_ cm；該彈簧的勁度系數(shù)為_N/m.3做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗步驟如下：A以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應的點，并用平滑的曲線連接起來；B記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度L0；C將鐵架臺固定于

8、桌子上(也可在橫梁的另一側(cè)掛上一定的配重)，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺；D依次在彈簧下端掛上2個、3個、4個鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關系式首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)；F解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義；G整理儀器請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：_.4用如圖實19甲所示的裝置測定彈簧的勁度系數(shù)，被測彈簧一端固定于A點，另一端B用細繩繞過定滑輪掛鉤碼，旁邊豎直固定一最小刻度為 mm的刻度尺，當掛兩個鉤碼時，繩上一定點P對應刻度如圖乙中ab虛線所示，再增加一

9、個鉤碼后，P點對應刻度如圖乙中cd虛線所示，已知每個鉤碼質(zhì)量為50 g，重力加速度g9.8 m/s2，則被測彈簧的勁度系數(shù)為_ N/m.掛三個鉤碼時彈簧的形變量_ cm.517世紀英國物理學家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律受此啟發(fā)，一組同學研究“金屬線材伸長量與拉力的關系”的探究過程如下：A有同學認為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長量與拉力成正比，與截面半徑成反比B他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象，用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設C通過實驗取得如下數(shù)據(jù)：長度 拉力

10、伸長直徑250 N500 N750 N1000 N1 m2.52 mm0.4 mm0.8 mm1.2 mm1.6 mm2 m2.52 mm0.8 mm1.6 mm2.4 mm3.2 mm1 m3.57 mm0.2 mm0.4 mm0.6 mm0.8 mm D同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設進行了補充完善(1)上述科學探究活動中，屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是_、_.(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設是否全部正確？若有錯誤或不足，請給予修正_.(3)求出這種線材的伸長量x與拉力F以及線材的長度L、截面積S之間的定量關系式第二章 相互作用實驗三 驗證力的平行四邊形定則編寫

11、：朱建軍 審核：馬清秀 2011.7.9【考情分析】 考試大綱 大綱解讀實驗三：驗證力的平行四邊形定則本實驗在高考的命題出現(xiàn)頻率不高， 高考中主要考查實驗原理，用平行四邊行定則來解決力的合成與分解問題【考點知識梳理】實驗目的：驗證互成角度的兩個力合成時的平行四邊形定則 實驗原理：一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果都是讓同一條一端固定的橡皮條_，所以F就是這兩個力F1和F2的_，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_是否相同；若相同，則說明互成角度的兩個力合成時遵循_ 實驗器材：方木板，白紙，彈簧測力計（兩只），橡皮條，細繩套（兩個），三角板

12、，_，圖釘（幾個）【考點知識解讀】一、實驗步驟1在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上 2用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，用兩條細繩套結(jié)在橡皮條的另一端 圖2-5-13用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O（如圖2-5-1所示） 4用鉛筆描下結(jié)點O的位置和兩條細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)在白紙上按比例作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板根椐平行四邊形定則求出合力F 5只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到與前面相同的位置O,記下彈簧測力計的讀數(shù)和細繩的方向按同

13、樣的比例用刻度尺從O點起作出這個彈簧測力計的拉力F'的圖示 6比較F'與用平行四邊形定則求得的合力F，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等 7改變兩個分力F1和F2的大小和夾角；再重復實驗兩次,比較每次的F與F '是否在實驗誤差允許的范圍內(nèi)相等 二、操作技巧和注意事項1正確使用彈簧測力計：（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，若兩只彈簧測力計在對拉的過程中，讀數(shù)相等，則可選；若讀數(shù)不同，應另換；（2）彈簧測力計不能在超出它的測量范圍的情況下使用；（3）使用前要檢查指針是否指在零刻度線上，否則應校正調(diào)零；（4）被測力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致，

14、拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦；（5）讀數(shù)時應正對、平視刻度 2實驗注意事項：（1）同一次實驗中，橡皮條拉長后的結(jié)點位置O必須保持不變；（2）用彈簧測力計測拉力時，應使拉力沿彈簧測力計的軸線方向，橡皮條、彈簧測力計和細繩套應位于與紙面平行的同一平面內(nèi) （3）細繩套應適當長一些，便于確定力的方向；（4）在同一次實驗中，畫力的圖示所選定的標度要相同，并且要適當選取標度，使所做力的圖示稍大些 三、誤差分析1本實驗誤差的主要來源除彈簧測力計本身的誤差外，還出現(xiàn)讀數(shù)誤差、作圖誤差，因此讀數(shù)時眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄，兩力的對邊一定要平行；2兩個分力F1和F2的夾角越大，用平行四邊形作圖

15、得出的合力F的誤差也越大，所以實驗中不要把取得太大雖然如此，實驗必有誤差，我們要盡量規(guī)范操作減小誤差，千萬不要硬湊數(shù)據(jù)而使實驗毫無誤差而失去實驗的意義 【例題1】在驗證力的平行四邊形定則實驗中，某同學寫下了以下實驗步驟，根據(jù)你做這一實驗的經(jīng)驗，認為這個同學有哪些重要的疏漏和錯誤：A用圖釘把白紙固定在水平方木板上 B用圖釘把橡皮條一端固定在白紙的A點C用兩條細繩結(jié)在橡皮條的另一端，通過兩條細繩用兩個彈簧測力計互成角度地將結(jié)點拉到某位置O，記下兩彈簧測力計的讀數(shù)F1、F2 D用刻度尺選定標度，畫出F1、F2的圖示 E用一個彈簧秤通過細繩將結(jié)點拉到一定位置，將彈簧秤的讀數(shù)F按相同的標度圖示出來 F連

16、接F、F1、F2的末端，看誤差范圍內(nèi)是否形成一個平行四邊形 疏漏： 錯誤： 【變式訓練1】在做驗證力的平行四邊形定則實驗中：F2F1o乙FFF2F1o甲FF圖2-5-2（1）如圖2-5-2所示是甲、乙兩位同學得到的實驗結(jié)果，其中 比較符合實驗事實 （2）在本圖中符號規(guī)定：F1、F2為兩個彈簧測力計拉力，F(xiàn)為F1、F2通過平行四邊形規(guī)則所得合力；F為F1、F2的等效力，即用一只彈簧測力計時的拉力 在比較符合實驗事實的那個同學的實驗中，若F是準確的，而誤差較大的原因是（ ）AF1的方向比真實方向偏左BF2的大小比真實值偏小且方向比真實值偏左CF2的大小比真實值偏大且方向比真實值偏右D作圖時兩虛線不

17、分別與F1和F2平行【限時檢測】1在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，合力與分力的作用效果相同，這里作用效果是指 A彈簧測力計的彈簧被拉長B固定橡皮條的圖釘受拉力產(chǎn)生形變C細繩套受拉力產(chǎn)生形變D使橡皮條在同一方向上伸長到同一長度2. 做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗，在水平放置的木板上鋪一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板的A點，橡皮條的另一端拴上兩細繩套，如圖實26所示，兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度拉橡皮條使之伸長，到達某一位置O時需記下_ _、_ _，描下_ _，再用一個彈簧測力計鉤住細繩套把橡皮條拉長，使結(jié)點到達位置_，再記下_ _3某同學做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時

18、，主要步驟是：A在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細繩，細繩的另一端系著繩套；C用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D按選好的標度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則作出合力F；E只用一只彈簧測力計，通過細繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細繩的方向，按同一標度作出這個力F的圖示；F比較F和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論上述步驟中：(1)有重要遺漏的步驟的序號是_和_；(2)遺漏的內(nèi)容分別是_和_4如圖實27所示是甲、乙兩位同學在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中所得到的實驗結(jié)果，若用F表示兩個分力F1、F2的合力，用F表示F1和F2的等效力，則可以判斷_(填“甲”或“乙”)同學的實驗結(jié)果是符合事實的圖實275在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，若由于F1的誤差使F1與F2的合力F方向略向左偏，如圖實28所示，但F大于等于F，引起這一結(jié)果的原因可能是F1的大小比真實值偏_