福建省2022屆新課標(biāo)高考物理一輪總復(fù)習(xí)13

力、物體的平衡5驗(yàn)證力的平行四邊形定則探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系第二章一、驗(yàn)證力的平行四邊形定則1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證共點(diǎn)力的合成的平行四邊形定則.2.實(shí)驗(yàn)原理橡皮條結(jié)點(diǎn)受三個(gè)共點(diǎn)力作用時(shí)，拉力F1、F2的合力F與橡皮條彈力F3平衡.改用一個(gè)拉力F′仍將結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，則F′與F等效，與F3平衡，以F1、F2為鄰邊作平行四邊形求合力F，比較F′與F的大小和方向，便可以驗(yàn)證力合成時(shí)的平行四邊形定則.3.實(shí)驗(yàn)器材方木板、白紙、鉛筆、彈簧秤兩只、三角板、刻度尺、圖釘、橡皮條、細(xì)繩套兩個(gè).4.實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)(1)用圖釘把白紙固定在水平桌面的方木板上，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細(xì)繩套.(2)用兩只彈簧秤鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條使結(jié)點(diǎn)到某一位置，應(yīng)記錄下結(jié)點(diǎn)O的位置、兩繩套的方向和兩彈簧秤的讀數(shù)F1和F2.【特別提示1】實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使彈簧秤與板面平行，拉彈簧秤時(shí)用力不宜太大，避免合力超過(guò)彈簧秤量程．(3)用鉛筆和刻度尺從O點(diǎn)沿兩條細(xì)繩方向畫(huà)直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧秤的讀數(shù)F1和F2的圖示，以F1和F2的圖示為鄰邊用鉛筆及刻度尺作平行四邊形，兩鄰邊所夾的對(duì)角線即為合力F的圖示.(4)用一只彈簧秤鉤住細(xì)繩套，把結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O，記下細(xì)繩套的方向和該彈簧秤讀數(shù)F′.【特別提示2】在本實(shí)驗(yàn)中，以橡皮條的伸長(zhǎng)(結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置)來(lái)衡量力的作用效果，因此在同一次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該使兩種情況下結(jié)點(diǎn)達(dá)到同一位置.(5)用鉛筆及刻度尺按選定合適的標(biāo)度畫(huà)力F′的圖示，比較F′和F的大小和方向.(6)改變F1和F2的大小和夾角，重復(fù)做兩次實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論.【特別提示3】實(shí)驗(yàn)與探究講究科學(xué)性，結(jié)論應(yīng)該來(lái)源于對(duì)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析.二、探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椈傻膹椓εc彈簧的形變量之間的關(guān)系，掌握利用圖象研究物理量之間關(guān)系的科學(xué)方法.2.實(shí)驗(yàn)原理彈簧所受到的拉力與懸掛的物體重力平衡時(shí)，測(cè)量彈簧伸長(zhǎng)量，每個(gè)重物(鉤碼)質(zhì)量已知，便可以利用圖象研究彈力與形變量之間的關(guān)系.3.實(shí)驗(yàn)器材彈簧、直尺、鉤碼、鐵架臺(tái).4.實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)(1)將彈簧懸吊在鐵架臺(tái)上，讓彈簧自由下垂，在彈簧沒(méi)有掛鉤碼的情況下測(cè)量彈簧原長(zhǎng)l0；(2)將已知質(zhì)量的鉤碼懸掛在彈簧下端，在平衡時(shí)測(cè)量彈簧的總長(zhǎng)，計(jì)算此時(shí)懸掛鉤碼重力及彈簧伸長(zhǎng)量，并填寫(xiě)入表格內(nèi)；改變所懸掛鉤碼質(zhì)量，重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次；【特別提示4】所懸掛的鉤碼重力要適當(dāng)，以免導(dǎo)致彈簧超過(guò)彈性限度.(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)上以彈簧彈力為縱坐標(biāo)，彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，描點(diǎn)、作出圖線；(4)以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量，根據(jù)圖線寫(xiě)出彈簧彈力與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系式.【特別提示5】學(xué)會(huì)運(yùn)用圖象法探究?jī)蓚€(gè)物理量之間的關(guān)系，將其遷移到其他情景中應(yīng)用.“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)方法在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況如圖2-5-1(甲)所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)線的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩.圖2-5-1(乙)是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫(huà)出的圖.下列說(shuō)法正確的是(

)圖2-5-1A.圖(乙)中的F是F1和F2合力的理論值；F′是F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值B.圖(乙)中的F′是F1和F2合力的理論值；F是F1和F2合力的實(shí)際測(cè)量值C.在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩換成彈簧，那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響D.在實(shí)驗(yàn)中，如果將細(xì)繩換成橡皮筋，那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響該實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將以測(cè)量的兩個(gè)分力的圖示為鄰邊作平行四邊形，其對(duì)角線即為從理論上求解的合力；而用一個(gè)力仍將結(jié)點(diǎn)拉到O時(shí)，根據(jù)該力所作出的有向線段為合力的真實(shí)值.至于用細(xì)繩、彈簧還是用橡皮條，只要將結(jié)點(diǎn)拉至O點(diǎn)，就說(shuō)明兩次實(shí)驗(yàn)效果相同，就達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求.選項(xiàng)A正確.

在驗(yàn)證結(jié)論時(shí)，實(shí)驗(yàn)總會(huì)有誤差存在，即真實(shí)值與測(cè)量值總會(huì)有差異.只要在誤差允許范圍內(nèi)近似相等即可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，有三個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟：①在水平放置的木板上墊放一張白紙，把橡皮條的一端固定在木板上，另一端拴兩根細(xì)線，通過(guò)細(xì)線同時(shí)用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度地拉橡皮條，使它與細(xì)線的結(jié)點(diǎn)達(dá)某一位置O.在白紙上記下O點(diǎn)和兩測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F1和F2；②在紙上根據(jù)讀數(shù)F1和F2的大小，應(yīng)用平行四邊形定則作圖求出合力F;③只用一只測(cè)力計(jì)通過(guò)細(xì)線拉橡皮條，使它的伸長(zhǎng)量與用兩測(cè)力計(jì)拉時(shí)相同，記下此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向；以上三個(gè)步驟中均有錯(cuò)誤或者疏漏，請(qǐng)指出.在步驟①中還應(yīng)記下兩拉力的方向(即細(xì)線的方向)；在步驟②中應(yīng)根據(jù)讀數(shù)F1和F2的大小和方向作平行四邊形；在步驟③中應(yīng)同樣把結(jié)點(diǎn)拉到原來(lái)的O位置，而不僅僅是伸長(zhǎng)量相同．

運(yùn)用圖象法探究彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)之間的關(guān)系某同學(xué)用如圖2-5-2所示裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn).他先測(cè)出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g=9.8m/s2)圖2-5-2砝碼質(zhì)量m/102g01.002.003.00標(biāo)尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝碼質(zhì)量m/102g4.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖2-5-3坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線.(2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律，這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為N/m.

(1)描點(diǎn)、連線如下圖所示；作圖的基本方法是：看點(diǎn)的趨勢(shì)，如果是直線，連線應(yīng)使盡可能多的點(diǎn)在直線上，并使直線兩邊的點(diǎn)盡可能對(duì)稱；若是曲線則作圓滑的曲線.(2)本題圖線直線段范圍內(nèi)滿足胡克定律，該直線部分斜率即為彈簧勁度系數(shù).在0～4.9N范圍內(nèi)滿足胡克定律.從圖線得知，當(dāng)彈力等于4.9N時(shí)對(duì)應(yīng)標(biāo)尺刻度為0.346m,對(duì)應(yīng)彈簧伸長(zhǎng)量為x=l-l0=0.196m,該實(shí)驗(yàn)中彈簧勁度系數(shù)為本題考查運(yùn)用圖象法探究物理量之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?如正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、描點(diǎn)、連線；根據(jù)圖線并結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)得出彈力與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系.在本實(shí)驗(yàn)中，圖線的曲線部分說(shuō)明彈簧已經(jīng)超出彈性限度.某學(xué)生用懸掛砝碼