【名師點金】高考物理一輪復習 第5講實驗探究彈力與彈簧伸長的關系 驗證力的平行四邊形定則課件 新人教

第5講實驗:探究彈力與彈簧伸長的關系驗證力的平行四邊形定則

知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.培養(yǎng)用所學知識探究物理規(guī)律的能力.一、實驗目的2.探究彈力和彈簧伸長量的關系.知識建構(gòu)技能建構(gòu)二、實驗原理3.養(yǎng)成用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)的習慣.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①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,建立坐標系,

以縱坐標表示彈力大小F,以橫坐標表示彈簧的伸長量x,在坐標系中

描出實驗所測得的各組(x,F)對應的點,用平滑的曲線連接起來,根據(jù)

實驗所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長量的關系.三、實驗器材鐵架臺、②彈簧、③刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標紙、重垂

線.知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.按右圖安裝實驗裝置,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、實驗步驟知識建構(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),所畫的點不一定正好在這條曲線上,但要注意使曲線兩側(cè)的點數(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)論在實驗誤差范圍內(nèi),應得出④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”,從而充分認識k的物理意

義.五、注意事項知識建構(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.量取L0時,應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系,由于實驗誤差,依

據(jù)實驗數(shù)據(jù)描成的點不會完全在一條直線上.這時所作直線應盡量

多的通過這些點,并使不在直線上的點盡量均勻分布在所作直線的

兩側(cè).明顯與其他的點相差很遠的點應該舍去.知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.如果實驗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),關系較為復雜.根據(jù)實驗目的要用彈簧的伸長量.如果彈簧伸

長量的單位用米,彈力的單位用牛,函數(shù)表達式中常數(shù)k的單位是牛

每米,即N/m.(二)驗證力的平行四邊形定則一.實驗目的驗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.實驗原理理等效法:使一一個力F'的作用效果果和兩個力F1、知識建構(gòu)技能建構(gòu)三.實驗器材材方木板,白紙,⑥彈簧測力計(知識建構(gòu)技能建構(gòu)1.用圖釘把把白紙釘在放放于水平桌面面的方木板上上.四、實驗步步驟知識建構(gòu)技能建構(gòu)3.用兩只只彈簧秤分分別鉤住細細繩套,互互成角度地地拉橡皮條條,將結(jié)點點拉到某一位置O,如圖所示示,記錄⑨兩彈簧秤秤的示數(shù),用鉛筆描描下O點的位置及此時兩兩條細繩套套的方向.2.用圖釘釘把橡皮條條的一端固固定在A點,橡皮條條的另一端端拴上兩個個細繩套.知識建構(gòu)技能建構(gòu)4.用鉛筆筆和刻度尺尺從結(jié)點O沿兩條細繩繩方向畫直直線,按選選定的標度度作出這兩只彈彈簧秤的示示數(shù)F1和F2的圖圖示示,并并以以F1和F2為鄰鄰邊邊用用刻刻度度尺尺和和三角角板板作作平行行四四邊邊形形,過過O點畫畫平平行行四四邊邊形形的的對對角角線線,此此對對角角線線即即為合合力力F的圖圖示示.知識識建建構(gòu)構(gòu)技能能建建構(gòu)構(gòu)5.只只用用一一只只彈彈簧簧秤秤鉤鉤住住細細繩繩套套,把把橡橡皮皮條條的的結(jié)結(jié)點點拉拉到到同樣樣的位6.比比較較一一下下,F'與與用用平平行行四四邊邊形形定定則則求求出出的的合合力力F的大大小小和和方方向向.7.改五.操操作作技技巧巧及及注注意意事事項項知識識建建構(gòu)構(gòu)技能能建建構(gòu)構(gòu)(1)彈彈簧測力力計的選選取方法法是:將將兩只彈彈簧測力力計調(diào)零零后互鉤鉤水平對對拉,若兩兩只彈簧簧在對拉拉過程中中,讀數(shù)數(shù)相同,則可選選;若讀讀數(shù)不同同,應另另換,直至相同同為止.1.正確確使用彈彈簧測力力計知識建構(gòu)構(gòu)技能建構(gòu)構(gòu)(3)使使用前要要檢查指指針是否否指在零零刻度線線上,否否則應校校正零位位(無法法校正的要記記錄下零零誤差).(2)彈彈簧測力力計不能能在超出出它的測測量范圍圍的情況況下使用用.(4)被被測力的的方向應應與彈簧簧測力計計軸線方方向一致致,拉動動時彈簧簧不可與與外殼相碰碰或摩擦擦.(5)讀讀數(shù)時應應正對、、平視刻刻度.知識建構(gòu)構(gòu)技能建構(gòu)構(gòu)(1)不不要直接接以橡皮皮條端點點為結(jié)點點,可拴拴一短細細繩連兩兩細繩套套,以三三繩交點為結(jié)結(jié)點,應應使結(jié)點點小些,以便準準確地記記錄結(jié)點點O的位置.2.實驗驗注意事事項(2)在在同一次次實驗中中,使橡橡皮條拉拉長時結(jié)結(jié)點O的位置一一定要相相同.(3)不不要用老老化的橡橡皮條,檢查方方法是用用一個彈彈簧拉橡橡皮條,要反復復做幾次,使橡橡皮條條拉到到相同同的長長度看看彈簧簧讀數(shù)數(shù)有無無變化化.知識建建構(gòu)(5)在同同一次次實驗驗中,畫力力的圖圖示所所選定定的標標度要要相同同,并并且要要恰當當選取標度度,使使所作作力的的圖示示稍大大一些些.六.誤(4)細繩繩套應應適當當長一一些,便于于確定定力的的方向向,不不要直直接沿沿細繩繩套的的方向畫直直線,應在在細繩繩套末末端用用鉛筆筆畫一一個點點,去去掉細細繩套套后知識建建構(gòu)技能建建構(gòu)2.使使用中中,彈彈簧秤秤的彈彈簧和和外殼殼之間間、指指針和和外殼殼之間間或彈彈簧秤秤外殼和紙紙面之之間有有摩擦擦力存存在會會造成成系統(tǒng)統(tǒng)誤1.彈彈簧秤秤使用用前沒沒調(diào)零零會造造成系系統(tǒng)誤誤差.3.兩兩次測測量拉拉力時時,橡橡皮筋筋的結(jié)結(jié)點O沒有拉拉到同同一點點會造造成偶偶然誤誤差.4.在在應用用平行行四邊邊形法法則作作圖時時,F1、F知識建構(gòu)技能建構(gòu)例1下表表是某同學學為“探究究彈力和彈彈簧伸長的的關系”所所測得的幾組數(shù)據(jù)據(jù).彈力F/N0.51.01.52.02.5伸長x/cm2.65.07.29.812.4一、探究彈彈力與彈簧簧伸長的關關系知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)請你你在圖甲所所示的坐標標紙上作出出F-x圖線.甲知識建構(gòu)技能建構(gòu)(3)寫出出函數(shù)表達達式中常數(shù)數(shù)的物理意意義:.(2)寫出出圖線所代代表的函數(shù)數(shù)式(x用m為單位位):.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)若彈彈簧的原長長為40cm,并并且以彈簧簧的總長度度L為自變量,寫出函數(shù)數(shù)表達式(以以N和m為為單位):.【名師點金】F-x圖線應為過過原點的一一條直線,所以作圖時時應用直線線將所描各點點連接起來來,連接時應使使盡可能多多的點落在在這條直線線上,不在這條直線線上的點應應均勻地分分布在直線線的兩側(cè).圖線的斜率率表示彈簧的勁度系系數(shù).知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】(1)將x軸每一小格格取為1cm,y軸每一小格格取為0.25N,將各點描到到坐標紙上上,并連成直線線,如圖乙所示示.乙知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)由圖圖象得F=20x.`(3)函函數(shù)表達式式中的常數(shù)數(shù)表示該彈彈簧每伸長長(或壓縮縮)1m,其彈力力增大20N.(4)函數(shù)數(shù)表達式為為:F=20(L-0.4).【答案】(1)如圖乙所示示(2)F=20x(3)該彈彈簧每伸長長(或壓縮縮)1m,其彈力力增大20N(4)F=20(L-0.4)知識建構(gòu)技能建構(gòu)方法概述在物理學中中經(jīng)常用圖圖象處理物物理問題,應用圖象象的好處是是直觀、方便.根據(jù)據(jù)已知數(shù)據(jù)據(jù)選擇坐標標軸的標度度是作好圖圖象的關鍵鍵.作圖象象的方法是:用平滑的的曲線(或或直線)將將坐標紙上上的各點連連接起來,若是直線,應應使各點均均勻分布于于直線上或或直線兩側(cè)側(cè),偏離直直線太大的的點應舍棄,有時可以以通過改變變物理量的的方法,把把曲線變?yōu)闉橹本€,使使圖象更直觀.知識建構(gòu)技能建構(gòu)變式訓練在在“探究彈彈力與彈簧簧伸長的關關系”的實實驗中,將將彈簧水平放置測出出其自然長長度,然后后豎直懸掛掛讓其自然然下垂,在在其下端豎豎直向下施加外外力F,實驗過程程是在彈簧簧的彈性限限度內(nèi)進行行的.用記記錄的外力F與彈簧的形形變量x作出的F-x圖線如圖所所示,由圖圖可知彈簧簧的勁度系數(shù)為.圖線不過過原點的原原因是由于于.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【規(guī)范全解】由F=kx+C可知,圖象的斜率率表示勁度度系數(shù),可求出勁度度系數(shù)k=200N/m,圖象不過原原點是因為為彈簧有自自重.【答案】200N/m彈簧有自重重知識建構(gòu)技能建構(gòu)例2將橡橡皮條的一一端固定在在A點,另一端端拴上兩根根細繩,每每根細繩分別連著著一個量程程為5N、最小刻刻度為0.1N的的彈簧測力力計,沿著著兩個不同的的方向拉彈彈簧測力計計.當橡皮皮條的活動動端拉到O點時,兩根根細繩相互垂垂直,如圖圖甲所示,這時彈簧簧測力計的的讀數(shù)可從從圖中讀出出.甲乙乙二、驗證力力的平行四四邊形定則則(2)在在圖乙的的方格紙紙上按作作圖法的的要求畫畫出這兩兩個力及及它們的的合力.【名師點金金】(1)讀彈簧測測力計示示數(shù)時,應注意首首先找零零刻度,尤其是豎直放置置的那個個彈簧測測力計是是倒置的的,它的零刻刻度在下下方.(2)作圖時要首先定定好坐標標,先畫出兩兩個力的的圖示,再根據(jù)力力的平行行四邊形形定則作出合力力.(1)由由圖甲可可讀得兩兩個相互互垂直的的拉力的的大小分分別為N和N(只需需精確到到0.1N).知識建構(gòu)構(gòu)技能建構(gòu)構(gòu)【規(guī)范全解解】從題可知知,彈簧秤最最小分度度為0.1N,因此,豎直向下下的彈簧秤示示數(shù)為2.5N,水平向右右的彈簧簧秤示數(shù)數(shù)為4.0N.【答案】(1)2.54.0(2)如圖丙所所示丙知識建構(gòu)構(gòu)技能建構(gòu)構(gòu)知識建構(gòu)構(gòu)技能建構(gòu)構(gòu)1.李明明同學在在做“驗驗證力的的平行四四邊形定定則”實實驗時,利用坐坐標紙記下了橡皮筋筋的結(jié)點位置置O點以及兩只彈彈簧測力計拉拉力的大小,如圖甲所示.甲乙乙(2)有關此此實驗,下列列敘述正確的的是.A.兩彈簧測測力計的拉力力可以同時比比橡皮筋的拉拉力大B.橡皮筋的的拉力是合力力,兩彈簧測測力計的拉力力是分力C.兩次拉橡橡皮筋時,需需將橡皮筋結(jié)結(jié)點拉到同一一位置O.這樣做的目目的是保證兩次彈彈簧測力計拉拉力的效果相相同D.若只增大大某一只彈簧簧測力計的拉拉力大小而要要保證橡皮筋筋結(jié)點位置不變,只需需調(diào)整另一只只彈簧測力計計拉力的大小小即可(1)試在圖圖甲中作出無無實驗誤差情情況下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)圖乙是是李明和張華華兩位同學在在做以上實驗驗時得到的結(jié)結(jié)果,其中哪哪一個實驗比較較符合實驗事事實?(力F'是用一只彈彈簧測力計拉拉時的圖示)答:.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(4)在以上上實驗結(jié)果比比較符合實驗驗事實的一位位同學中,造造成誤差的主主要原因是:(至少寫出兩兩種情況)答:.知識建構(gòu)技能建構(gòu)(2)兩分力力可以同時大大于合力,故故A正確;結(jié)結(jié)點受三個力力作用處于平平衡狀態(tài),其中兩兩彈簧測力計計的拉力的合合力與第三個個力——橡皮皮筋拉力等大、反向,是一對平衡衡力,而橡皮皮筋的拉力不不是合力,故故B錯;只有有保證結(jié)點在同一一位置才能說說明作用效果果相同,故C對;若兩個個分力的大小變化而方向向都不變,則則合力必定變變化,故D錯錯.【解析】(1)用平行四邊形形定則作圖,即以F1、F2為兩鄰邊作平平行四邊形,對角線OF就表示合力F.(標上箭頭表明明方向)(3)作圖法法得到的F必為平行四邊邊形的對角線線,單個彈簧簧測力計的拉拉力F'一定與橡皮皮筋共線,故故張華的實驗驗比較符合實實驗事實.(4)F2的大小比真實實值偏小且方方向比真實方方向偏左,作作圖時兩虛線線分別與F1線和F2線不嚴格平行行.知識建構(gòu)技能建構(gòu)【答案】(1)如圖丙所示丙(2)AC(3)張華做的的符合實驗事事實(4)見解解析知識建構(gòu)技能建構(gòu)(1)實驗對對兩次拉伸橡橡皮條的要求求中,下列哪哪些說法是正正確的(填字母代號號).A.將橡皮條條拉伸相同長長度即可B.將橡皮條條沿相同方向向拉到相同長長度C.將彈簧秤秤都拉伸到相相同刻度D.將橡皮條條和繩的結(jié)點點拉到相同位位置2.(2010年高考··天津理綜卷卷)在探究求求合力的方法法時,先將橡橡皮條的一端固固定在在水平平木板板上,另一一端系系上帶帶有繩繩套的的兩根根細繩繩.實實驗時時,需需要兩次次拉伸伸橡皮皮條,一次次是通通過兩兩細繩繩用兩兩個彈彈簧秤秤互成成角度度地拉拉橡皮條條,另另一次次是用用一個個彈簧簧秤通通過細細繩拉拉橡皮皮條.知識建建構(gòu)技能建建構(gòu)(2)同學學們在在操作作過程程中有有如下下議論論,其其中對對減小小實驗驗誤差差有益益的說說法是(填字字母代代號).A.兩兩細繩繩必須須等長長B.彈彈簧秤秤、細細繩、、橡皮皮條都都應與與木板板平行行C.用用兩彈彈簧秤秤同時時拉細細繩時時兩彈彈簧秤秤示數(shù)數(shù)之差差應盡盡可能能大D.拉拉橡皮皮條的的細繩繩要長長些,標記記同一一細繩繩方向向的兩兩點要要遠些些【解析】(1)合力與與分力力為等等效替替代關關系,實驗中中力的的效果果是使使橡皮條發(fā)發(fā)生形形變,兩次橡橡皮條條形變變大小小和方方向相相同則則效果果相同同,所以B、D正確.知識建建構(gòu)技能建建構(gòu)(2)實驗驗中細細繩的的作用用是用用來確確定彈彈簧秤秤的拉拉力方方向,兩繩繩是否否等長長不會影影響測測量結(jié)結(jié)果,所以以A錯錯誤;只有有彈簧簧秤、、細繩繩、橡橡皮條條與木木板平行,才能能保證證兩次次的效效果相相同,以減減小測測量誤誤差,B正正確;用兩兩彈簧簧秤同時拉拉細繩繩時,要求求兩彈彈簧秤秤示數(shù)數(shù)不要要太大大(以以防合合力大大于彈彈簧秤秤量程),也不不要太太小(減小小相對對誤差差),對二二者示示數(shù)之之差無無特別別要求求,故故C錯錯誤;通通過細細繩記記錄力力的方方向時時,不不可避避免地地存在在誤差差,兩兩標記記點適適當遠遠些,可可減小小方向向誤差差,D正確確.【答案】(1)BD(2)BD知識建建構(gòu)技能建建構(gòu)3.(2011年高高考··江蘇蘇物理理卷)某同同學用用如圖圖所示示的實實驗裝裝置來來驗證證“力力的的平平行行四四邊邊形形定定則則””.彈彈簧簧測測力力計計A掛于于固固定定點點P,下下端端用用細細線線掛掛一重重物物M.彈彈簧簧測測力力計計B的一一端端用用細細線線系系于于O點,手手持持另另一一端端向向左左拉拉,使使結(jié)點點O靜止止在在某某位位置置.分分別別讀讀出出彈彈簧簧測測力力計計A和B的示示數(shù)數(shù),并并在在貼貼于于豎豎直木木板板的的白白紙紙上上記記錄錄O點的的位位置置和和拉拉線線的的方方向向.知識識建建構(gòu)構(gòu)技能能建建構(gòu)構(gòu)(2)下下列列不必必要要的實實驗驗要要求求是是.(請請?zhí)钐顚憣戇x選項項對對應應的的字字母母).A.應應測測量量重重物物M所受受的的重重力力B.彈彈簧簧測測力力計計應應在在使使用用前前校校零零C.拉拉線線方方向向應應與與木木板板平平面面平平行行D.改改變變拉拉力力,進進行行多多次次實實驗驗,每每次次都都要要使使O點靜靜止止在在同同一一位位置置(1)本本實實驗驗用用的的彈彈簧簧測測力力計計示示數(shù)數(shù)的的單單位位為為N,