1、,力、物体的平衡,5,验证力的平行四边形定则 探究弹力和弹簧伸长的关系,第二章,一、验证力的平行四边形定则 1.实验目的 验证共点力的合成的平行四边形定则. 2.实验原理 橡皮条结点受三个共点力作用时，拉力F1、F2的合力F与橡皮条弹力F3平衡.改用一个拉力F仍将结点拉到O点，则F与F等效，与F3平衡，以F1、F2为邻边作平行四边形求合力F，比较F与F的大小和方向，便可以验证力合成时的平行四边形定则.,3.实验器材 方木板、白纸、铅笔、弹簧秤两只、三角板、刻度尺、图钉、橡皮条、细绳套两个. 4.实验步骤及注意事项 (1)用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮
2、条的另一端拴上细绳套.,(2)用两只弹簧秤钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使结点到某一位置，应记录下结点O的位置、两绳套的方向和两弹簧秤的读数F1和F2. 【特别提示1】实验时应使弹簧秤与板面平行，拉弹簧秤时用力不宜太大，否则合力将超过弹簧秤量程.,(3)用铅笔和刻度尺从O点沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1和F2的图示，以F1和F2的图示为邻边用铅笔及刻度尺作平行四边形，两邻边所夹的对角线即为合力F的图示. (4)用一只弹簧秤钩住细绳套，把结点拉到同一位置O，记下细绳套的方向和该弹簧秤读数F. 【特别提示2】在本实验中，以橡皮条的伸长(结点到达某一位置)来衡量力的作用
3、效果，因此在同一次实验中应该使两种情况下结点达到同一位置.,(5)用铅笔及刻度尺按选定合适的标度画力F的图示，比较F和F的大小和方向. (6)改变F1和F2的大小和夹角，重复做两次实验，得出结论. 【特别提示3】实验与探究讲究科学性，结论应该来源于对多次实验结果的分析.,二、探究弹力和弹簧伸长的关系 1.实验目的探究弹簧的弹力与弹簧的形变量之间的关系，掌握利用图象研究物理量之间关系的科学方法. 2.实验原理弹簧所受到的拉力与悬挂的物体重力平衡时，测量弹簧伸长量，每个重物(钩码)质量已知，便可以利用图象研究弹力与形变量之间的关系. 3.实验器材弹簧、直尺、钩码、铁架台.,4.实验步骤及注意事项
4、(1)将弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自由下垂，在弹簧没有挂钩码的情况下测量弹簧原长l0； (2)将已知质量的钩码悬挂在弹簧下端，在平衡时测量弹簧的总长，计算此时悬挂钩码重力及弹簧伸长量，并填写入表格内；改变所悬挂钩码质量，重复实验多次； 【特别提示4】所悬挂的钩码重力要适当，以免导致弹簧超过弹性限度.,(3)根据实验数据，在坐标上以弹簧弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描点、作出图线； (4)以弹簧的伸长量为自变量，根据图线写出弹簧弹力与伸长量之间的关系式. 【特别提示5】学会运用图象法探究两个物理量之间的关系，将其迁移到其他情景中应用.,“验证力的平行四边形定则”的实验方法在“验证力的平行四边
5、形定则”的实验中，某同学的实验情况如图2-5-1(甲)所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细线的结点，OB和OC为细绳.图2-5-1(乙)是在白纸上根据实验结果画出的图.下列说法正确的是( ),图2-5-1,A.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值 B.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值 C.在实验中，如果将细绳换成弹簧，那么对实验结果有影响 D.在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么对实验结果有影响,该实验为验证性实验，实验时将以测量的两个分力的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为从理论上求解的合力；而用一个力仍将结
6、点拉到O时，根据该力所作出的有向线段为合力的真实值.至于用细绳、弹簧还是用橡皮条，只要将结点拉至O点，就说明两次实验效果相同，就达到实验要求.选项A正确.在验证结论时，实验总会有误差存在，即真实值与测量值总会有差异.只要在误差允许范围内近似相等即可得出实验结论.,在“验证力的平行四边形定则”实验中，有三个实验步骤： 在水平放置的木板上垫放一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细线，通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细线的结点达某一位置O.在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2；,在纸上根据读数F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F; 只用一只测力计通
7、过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两测力计拉时相同，记下此时测力计的读数F和细绳的方向； 以上三个步骤中均有错误或者疏漏，请指出.,在步骤中还应记下两拉力的方向(即细线的方向)；在步骤中应根据读数F1和F2的大小和方向作平行四边形；在步骤中应同样把结点拉到原来的O位置，而不仅仅是伸长量相同,运用图象法探究弹簧弹力与弹簧伸长之间的关系某同学用如图2-5-2所示装置做探究弹力和弹簧伸长量关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度g=9.8m/s2),图2-5-2,(1)根据所测数据，在图2-
8、5-3坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线.,(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格弹簧的劲度系数为N/m.,(1)描点、连线如下图所示；作图的基本方法是：看点的趋势，如果是直线，连线应使尽可能多的点在直线上，并使直线两边的点尽可能对称；若是曲线则作圆滑的曲线. (2)本题图线直线段范围内满足胡克定律，该直线部分斜率即为弹簧劲度系数.在04.9N范围内满足胡克定律.从图线得知，当弹力等于4.9N时对应标尺刻度为0.346m,对应弹簧伸长量为x=l-l0=0.196m,该实验中弹簧劲度系数为,本题考查运用图象法探究物
9、理量之间的关系的实验能力.如正确记录实验数据、描点、连线；根据图线并结合数学知识得出弹力与伸长量之间的关系.在本实验中，图线的曲线部分说明弹簧已经超出弹性限度.,某学生用悬挂砝码的方法给弹簧施加力，探索弹力和弹簧伸长的关系.根据所测数据在坐标纸上描点，得到如图2-5-4所示图线.图中纵坐标表示弹簧所受的拉力，横坐标表示弹簧的长度. (1)以弹簧的长度为自变量，写出图线所代表的函数. (2)解释函数表达式中常数的物理意义，并说明这个常数与哪些因素有关？,图2-5-4,1.在做“互成角度的两个力的合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中正确
10、的是( ) A同一次实验过程中，O点位置允许变动 B实验中，弹簧秤必须保持与木板板面平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度 C实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需要调节另一只弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条的另一端也拉到O点 D实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧秤之间夹角必须取90，才能计算合力大小,基础训练,B,2.在用“图像法”处理实验数据时，为了减少误差( ) A应使纵、横坐标每单位长度表示的数值大一些 B纵、横坐标的起点应严格从“0”开始 C为使图线通过每个实验数据点，应使图线画成折线 D应使图线画成直线或光滑曲线，让实验数据点大致均匀分布在图线两侧，对于个别
11、离线较远的点可以舍去,基础训练,D,【解析】在允许的情况下单位长度表示的数值越小，数据点相对图像位置越精确，根据图线所取的数据也越精确为使单位长度表示的数值越小，坐标的起点可以不为“0”,基础训练,3.关于“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，下列说法中正确的是( ) A测弹簧的原长时应将弹簧平放在水平桌面上测量 B用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态 C用直尺测出弹簧的长度即为弹簧的伸长量 D用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等,基础训练,B,4.在“探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系”实验中，用图像法处理数据时，某同学误将弹簧的总长l
12、作为纵坐标，然后描点、作图 (1)若其他步骤都正确，则作出的图线应该是下图中的( ),基础训练,C,(2)利用他作出的图像，能否计算弹簧的劲度系数？若能，应怎样进行？答案：(2)此时仍可计算弹簧的劲度系数在图线上取相距较远两点计算直线的斜率的倒数，其值即为劲度系数,基础训练,5.(2009山东理综)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：如图255所示，将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物,基础训练,
13、(1)为完成实验，下述操作中必需的是 . a测量细绳的长度 b测量橡皮筋的原长 c测量悬挂重物后橡皮筋的长度 d记录悬挂重物后结点O的位置 (2)钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是,基础训练,bcd,更换不同的小重物,6.将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计沿着两个不同的方向拉弹簧测力计当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图256所示这时弹簧测力计的读数可从图中读出,提升训练,(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N和 N(只需读到0.1N) (2)在本题的虚线方格纸上按作
14、图法的要求画出这两个力及它们的合力,提升训练,4.0,2.5,答案：(2)如下图所示,提升训练,7.在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度地拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条 (1)实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列说法正确的是 (填字母代号) A将橡皮条拉伸相同长度即可 B将橡皮条沿相同方向拉到相同长度 C将弹簧秤都拉伸到相同刻度 D将橡皮条和绳拉到相同角度,提升训练,B,(2)同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是 (填字母代号) A两细绳必须等长 B弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板成一较小的角度 C用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大 D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些,提升训练,D,
