實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系學(xué)案及驗(yàn)證力的平等四邊形

1、第二章 相互作用實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)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(shí)驗(yàn)二：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 彈力和胡克定律是力學(xué)的重要基礎(chǔ)，在彈簧中以彈簧在具體情景中的應(yīng)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(lái)高考在本實(shí)驗(yàn)上的命題頻率不會(huì)太高，難度也不會(huì)太大，有可能向原理的拓展方向發(fā)展【考點(diǎn)知識(shí)梳理】實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?探究彈力與彈簧_的定量關(guān)系 2學(xué)會(huì)利用列表法、圖像法、函數(shù)處理法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原理：彈簧受力會(huì)發(fā)生形變，形變大小與_有關(guān)系沿彈簧方向拉彈簧，當(dāng)形變穩(wěn)定時(shí)，彈簧彈力與拉力在數(shù)值上_用懸掛法測(cè)量彈簧的彈力，正是應(yīng)用了平衡時(shí)彈

2、簧彈力與所掛鉤碼重力相等的關(guān)系彈簧長(zhǎng)度可用_直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可由_減去彈簧原長(zhǎng)得到，這樣就可以研究彈簧的彈力和伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系 實(shí)驗(yàn)器材：彈簧、_、鐵架臺(tái)、鉤碼若干、坐標(biāo)紙 【考點(diǎn)知識(shí)解讀】一、實(shí)驗(yàn)步驟1將彈簧的一端固定在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧的自然伸長(zhǎng)狀態(tài)下的長(zhǎng)度lo，即彈簧的原長(zhǎng) 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(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1，記錄m1和l1，填入設(shè)計(jì)的表格中 圖2-4-13改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對(duì)應(yīng)的彈簧的長(zhǎng)度，記錄m2、m3、m4、m5和相對(duì)應(yīng)的l2 、l3、l4，l5，并得出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x1、x2、x3、x4和x5 鉤碼個(gè)數(shù)長(zhǎng)度伸

3、長(zhǎng)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(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖，連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線 5以彈簧的伸長(zhǎng)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(zhǎng)之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義 二、注意事項(xiàng)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(biāo)上描的點(diǎn)盡可能距離遠(yuǎn)些，這樣作出的圖像更精確 3測(cè)量彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一

4、定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量，減小誤差 4描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè) 5記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位 三、誤差分析1鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差 2畫圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來(lái)誤差 【例題1】以下是一位同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)下列實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，用字母排列出來(lái)是： A以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)（x，F(xiàn)）對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái) B記下彈簧不掛鉤碼時(shí)，其下端在刻度尺上的刻度L0C將鐵架臺(tái)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(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼E以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式【例題2】幾個(gè)同學(xué)合作如圖2-4-3所示裝置探究“彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”，彈簧的上端與標(biāo)尺的零刻度對(duì)齊，他先讀出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，依次讀出指針?biāo)傅臉?biāo)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(biāo)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(cè)數(shù)據(jù)，在圖2-4-4所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線 （2）作出的圖線與軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)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(shí)檢測(cè)】1如圖實(shí)17甲所示，一個(gè)彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時(shí)，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關(guān)系圖象(如圖乙)則下列判斷正確的是 圖實(shí)17A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比B彈簧長(zhǎng)度的增加量與對(duì)應(yīng)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(shí)，勁度系數(shù)不變2. 某同學(xué)在做“研究彈簧的形變與外力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂，測(cè)出其自然長(zhǎng)度；然后在其下部施加外力F，測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度L，改變外力F的大小，測(cè)出幾組數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長(zhǎng)度L的關(guān)系圖線如圖實(shí)18所示(實(shí)驗(yàn)過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的)由圖可知該彈簧的自然長(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)；B記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度L0；C將鐵架臺(tái)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(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)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(dá)式中常數(shù)的物理意義；G整理儀器請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái)：_.4用如圖實(shí)19甲所示的裝置測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)，被測(cè)彈簧一端固定于A點(diǎn)，另一端B用細(xì)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(dāng)掛兩個(gè)鉤碼時(shí)，繩上一定點(diǎn)P對(duì)應(yīng)刻度如圖乙中ab虛線所示，再增加一

9、個(gè)鉤碼后，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度如圖乙中cd虛線所示，已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量為50 g，重力加速度g9.8 m/s2，則被測(cè)彈簧的勁度系數(shù)為_ N/m.掛三個(gè)鉤碼時(shí)彈簧的形變量_ cm.517世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)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(xué)研究“金屬線材伸長(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下：A有同學(xué)認(rèn)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(zhǎng)量與拉力成正比，與截面半徑成反比B他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象，用測(cè)距儀、傳感器等儀器測(cè)量線材的伸長(zhǎng)量隨拉力變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè)C通過實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)：長(zhǎng)度 拉力

10、伸長(zhǎng)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(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善(1)上述科學(xué)探究活動(dòng)中，屬于“制定計(jì)劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是_、_.(2)請(qǐng)根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯(cuò)誤或不足，請(qǐng)給予修正_.(3)求出這種線材的伸長(zhǎng)量x與拉力F以及線材的長(zhǎng)度L、截面積S之間的定量關(guān)系式第二章 相互作用實(shí)驗(yàn)三 驗(yàn)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(shí)驗(yàn)三：驗(yàn)證力的平行四邊形定則本實(shí)驗(yàn)在高考的命題出現(xiàn)頻率不高， 高考中主要考查實(shí)驗(yàn)原理，用平行四邊行定則來(lái)解決力的合成與分解問題【考點(diǎn)知識(shí)梳理】實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)的平行四邊形定則 實(shí)驗(yàn)原理：一個(gè)力F的作用效果和兩個(gè)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(gè)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(gè)力合成時(shí)遵循_ 實(shí)驗(yàn)器材：方木板，白紙，彈簧測(cè)力計(jì)（兩只），橡皮條，細(xì)繩套（兩個(gè)），三角板

12、，_，圖釘（幾個(gè)）【考點(diǎn)知識(shí)解讀】一、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，用兩條細(xì)繩套結(jié)在橡皮條的另一端 圖2-5-13用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O（如圖2-5-1所示） 4用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩條細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)在白紙上按比例作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O,記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向按同

13、樣的比例用刻度尺從O點(diǎn)起作出這個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等 7改變兩個(gè)分力F1和F2的大小和夾角；再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次,比較每次的F與F '是否在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)相等 二、操作技巧和注意事項(xiàng)1正確使用彈簧測(cè)力計(jì)：（1）彈簧測(cè)力計(jì)的選取方法是：將兩只彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零后互鉤水平對(duì)拉，若兩只彈簧測(cè)力計(jì)在對(duì)拉的過程中，讀數(shù)相等，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另?yè)Q；（2）彈簧測(cè)力計(jì)不能在超出它的測(cè)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(yīng)校正調(diào)零；（4）被測(cè)力的方向應(yīng)與彈簧測(cè)力計(jì)軸線方向一致，

14、拉動(dòng)時(shí)彈簧不可與外殼相碰或摩擦；（5）讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對(duì)、平視刻度 2實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（1）同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條拉長(zhǎng)后的結(jié)點(diǎn)位置O必須保持不變；（2）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力時(shí)，應(yīng)使拉力沿彈簧測(cè)力計(jì)的軸線方向，橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套應(yīng)位于與紙面平行的同一平面內(nèi) （3）細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些，便于確定力的方向；（4）在同一次實(shí)驗(yàn)中，畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同，并且要適當(dāng)選取標(biāo)度，使所做力的圖示稍大些 三、誤差分析1本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源除彈簧測(cè)力計(jì)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(shí)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(duì)邊一定要平行；2兩個(gè)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(shí)驗(yàn)中不要把取得太大雖然如此，實(shí)驗(yàn)必有誤差，我們要盡量規(guī)范操作減小誤差，千萬(wàn)不要硬湊數(shù)據(jù)而使實(shí)驗(yàn)毫無(wú)誤差而失去實(shí)驗(yàn)的意義 【例題1】在驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)寫下了以下實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)你做這一實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為這個(gè)同學(xué)有哪些重要的疏漏和錯(cuò)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(diǎn)C用兩條細(xì)繩結(jié)在橡皮條的另一端，通過兩條細(xì)繩用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地將結(jié)點(diǎn)拉到某位置O，記下兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1、F2 D用刻度尺選定標(biāo)度，畫出F1、F2的圖示 E用一個(gè)彈簧秤通過細(xì)繩將結(jié)點(diǎn)拉到一定位置，將彈簧秤的讀數(shù)F按相同的標(biāo)度圖示出來(lái) F連

16、接F、F1、F2的末端，看誤差范圍內(nèi)是否形成一個(gè)平行四邊形 疏漏： 錯(cuò)誤： 【變式訓(xùn)練1】在做驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)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(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中 比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí) （2）在本圖中符號(hào)規(guī)定：F1、F2為兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì)時(shí)的拉力 在比較符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的那個(gè)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，若F是準(zhǔn)確的，而誤差較大的原因是（ ）AF1的方向比真實(shí)方向偏左BF2的大小比真實(shí)值偏小且方向比真實(shí)值偏左CF2的大小比真實(shí)值偏大且方向比真實(shí)值偏右D作圖時(shí)兩虛線不

17、分別與F1和F2平行【限時(shí)檢測(cè)】1在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)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(cè)力計(jì)的彈簧被拉長(zhǎng)B固定橡皮條的圖釘受拉力產(chǎn)生形變C細(xì)繩套受拉力產(chǎn)生形變D使橡皮條在同一方向上伸長(zhǎng)到同一長(zhǎng)度2. 做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)，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(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩細(xì)繩套，如圖實(shí)26所示，兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套，互成角度拉橡皮條使之伸長(zhǎng)，到達(dá)某一位置O時(shí)需記下_ _、_ _，描下_ _，再用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條拉長(zhǎng)，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)位置_，再記下_ _3某同學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)時(shí)

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(diǎn)，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長(zhǎng)，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記錄下O點(diǎn)的位置，讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)；D按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩只彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì)，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個(gè)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(hào)是_和_；(2)遺漏的內(nèi)容分別是_和_4如圖實(shí)27所示是甲、乙兩位同學(xué)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若用F表示兩個(gè)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(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合事實(shí)的圖實(shí)275在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)值偏_