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 新人教版

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1、第第5講實驗講實驗:探究彈力與彈簧伸長的關系探究彈力與彈簧伸長的關系驗證力的平行四邊形定則驗證力的平行四邊形定則 知識建構技能建構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.知識建構技能建構二、實驗原理3.養(yǎng)成用圖象法處理實驗數據的習慣.1.如圖所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長,平衡時彈簧產生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等.知識建構技能建構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,根據實驗所得的圖線,就可探知彈力

2、大小與伸長量的關系.三、實驗器材鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標紙、重垂線.知識建構技能建構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、實驗步驟知識建構技能建構3.在彈簧下懸掛不同的鉤碼個數,并換算成重力,重力就等于彈簧的彈力大小,并將數據依次填入表格,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.知識建構技能建構4.根據測量數據畫出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

3、曲線上,但要注意使曲線兩側的點數大致相同.嘗試寫出曲線所代表的函數,首先嘗試F-x是否為一次函數,如果不行則考慮二次函數或其他函數.知識建構技能建構5.得出結論在實驗誤差范圍內,應得出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、注意事項知識建構技能建構2.只有在彈性限度內,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.

4、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,依據實驗數據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.明顯與其他的點相差很遠的點應該舍去.知識建構技能建構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,關系較為復雜.根據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,函數表達式中常數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.知識建構技能建構二.實驗原理等效法:使一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果相同,都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到某點,所以這個力F就是那兩個力F1和F2的合力,作出力F的圖示,再根據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的大小和方向是否相同.知識建構技能建構三.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,刻度尺,圖釘(若干),鉛筆.知識建構技能建構1.用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上.四、實驗步驟知識建構技能建構3.用兩只彈簧秤分別鉤住細繩套,互成角度地拉橡皮條,將結點拉到某一位置O,如圖所示,記錄兩彈簧秤的示數

6、,用鉛筆描下O點的位置及此時兩條細繩套的方向.2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點,橡皮條的另一端拴上兩個細繩套.知識建構技能建構4.用鉛筆和刻度尺從結點O沿兩條細繩方向畫直線,按選定的標度作出這兩只彈簧秤的示數F1和F2的圖示,并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形,過O點畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖示.知識建構技能建構5.只用一只彈簧秤鉤住細繩套,把橡皮條的結點拉到同樣的位置O,記下彈簧秤的示數F和細繩的方向,用刻度尺從O點按選定的標度沿記錄的方向作出這只彈簧秤的拉力F的圖示.6.比較一下,F與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向.7.改變兩個力F1與F2的大小

7、和夾角,重復實驗兩次.五.操作技巧及注意事項知識建構技能建構(1)彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計調零后互鉤水平對拉,若兩只彈簧在對拉過程中,讀數相同,則可選;若讀數不同,應另換,直至相同為止.1.正確使用彈簧測力計知識建構技能建構(3)使用前要檢查指針是否指在零刻度線上,否則應校正零位(無法校正的要記錄下零誤差).(2)彈簧測力計不能在超出它的測量范圍的情況下使用.(4)被測力的方向應與彈簧測力計軸線方向一致,拉動時彈簧不可與外殼相碰或摩擦.(5)讀數時應正對、平視刻度.知識建構技能建構(1)不要直接以橡皮條端點為結點,可拴一短細繩連兩細繩套,以三繩交點為結點,應使結點小些,以便準確

8、地記錄結點O的位置.2.實驗注意事項(2)在同一次實驗中,使橡皮條拉長時結點O的位置一定要相同.(3)不要用老化的橡皮條,檢查方法是用一個彈簧拉橡皮條,要反復做幾次,使橡皮條拉到相同的長度看彈簧讀數有無變化.知識建構技能建構(5)在同一次實驗中,畫力的圖示所選定的標度要相同,并且要恰當選取標度,使所作力的圖示稍大一些.六.誤差分析(4)細繩套應適當長一些,便于確定力的方向,不要直接沿細繩套的方向畫直線,應在細繩套末端用鉛筆畫一個點,去掉細繩套后,再將所標點與O點連成直線確定力的方向.知識建構技能建構2.使用中,彈簧秤的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間或彈簧秤外殼和紙面之間有摩擦力存在會造成系統誤

9、差. 1.彈簧秤使用前沒調零會造成系統誤差. 3.兩次測量拉力時,橡皮筋的結點O沒有拉到同一點會造成偶然誤差. 4.在應用平行四邊形法則作圖時,F1、F2及合力F作圖不準確.知識建構技能建構例1下表是某同學為“探究彈力和彈簧伸長的關系”所測得的幾組數據.彈力F/N0.51.01.52.02.5伸長x/cm2.65.07.29.812.4一、探究彈力與彈簧伸長的關系知識建構技能建構(1)請你在圖甲所示的坐標紙上作出F-x圖線.甲知識建構技能建構(3)寫出函數表達式中常數的物理意義: .(2)寫出圖線所代表的函數式(x用m為單位): .知識建構技能建構(4)若彈簧的原長為40 cm,并且以彈簧的總

10、長度L為自變量,寫出函數表達式(以N和m為單位): .【名師點金】F-x圖線應為過原點的一條直線,所以作圖時應用直線將所描各點連接起來,連接時應使盡可能多的點落在這條直線上,不在這條直線上的點應均勻地分布在直線的兩側.圖線的斜率表示彈簧的勁度系數.知識建構技能建構【規(guī)范全解】(1)將x軸每一小格取為1 cm,y軸每一小格取為0.25 N,將各點描到坐標紙上,并連成直線,如圖乙所示.乙知識建構技能建構(2)由圖象得F=20 x.(3)函數表達式中的常數表示該彈簧每伸長(或壓縮)1 m,其彈力增大20 N.(4)函數表達式為:F=20(L-0.4).【答案】(1)如圖乙所示 (2)F=20 x(3

11、)該彈簧每伸長(或壓縮)1 m,其彈力增大20 N(4)F=20(L-0.4)知識建構技能建構方法概述在物理學中經常用圖象處理物理問題,應用圖象的好處是直觀、方便.根據已知數據選擇坐標軸的標度是作好圖象的關鍵.作圖象的方法是:用平滑的曲線(或直線)將坐標紙上的各點連接起來,若是直線,應使各點均勻分布于直線上或直線兩側,偏離直線太大的點應舍棄,有時可以通過改變物理量的方法,把曲線變?yōu)橹本€,使圖象更直觀.知識建構技能建構變式訓練 在“探究彈力與彈簧伸長的關系”的實驗中,將彈簧水平放置測出其自然長度,然后豎直懸掛讓其自然下垂,在其下端豎直向下施加外力F,實驗過程是在彈簧的彈性限度內進行的.用記錄的外

12、力F與彈簧的形變量x作出的F-x圖線如圖所示,由圖可知彈簧的勁度系數為 .圖線不過原點的原因是由于 .知識建構技能建構【規(guī)范全解】由F=kx+C可知,圖象的斜率表示勁度系數,可求出勁度系數k=200 N/m,圖象不過原點是因為彈簧有自重.【答案】200 N/m彈簧有自重知識建構技能建構例2將橡皮條的一端固定在A點,另一端拴上兩根細繩,每根細繩分別連著一個量程為5 N、最小刻度為0.1 N的彈簧測力計,沿著兩個不同的方向拉彈簧測力計.當橡皮條的活動端拉到O點時,兩根細繩相互垂直,如圖甲所示,這時彈簧測力計的讀數可從圖中讀出.甲乙二、驗證力的平行四邊形定則(2)在圖乙的方格紙上按作圖法的要求畫出這

13、兩個力及它們的合力.【名師點金】(1)讀彈簧測力計示數時,應注意首先找零刻度,尤其是豎直放置的那個彈簧測力計是倒置的,它的零刻度在下方.(2)作圖時要首先定好坐標,先畫出兩個力的圖示,再根據力的平行四邊形定則作出合力.(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為 N和 N(只需精確到0.1 N).知識建構技能建構【規(guī)范全解】從題可知,彈簧秤最小分度為0.1 N,因此,豎直向下的彈簧秤示數為2.5 N,水平向右的彈簧秤示數為4.0 N.【答案】(1)2.5 4.0 (2)如圖丙所示丙知識建構技能建構知識建構技能建構1.李明同學在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時,利用坐標紙記下了橡皮筋的結點

14、位置O點以及兩只彈簧測力計拉力的大小,如圖甲所示.甲乙 (2)有關此實驗,下列敘述正確的是 .A.兩彈簧測力計的拉力可以同時比橡皮筋的拉力大B.橡皮筋的拉力是合力,兩彈簧測力計的拉力是分力C.兩次拉橡皮筋時,需將橡皮筋結點拉到同一位置O.這樣做的目的是保證兩次彈簧測力計拉力的效果相同D.若只增大某一只彈簧測力計的拉力大小而要保證橡皮筋結點位置不變,只需調整另一只彈簧測力計拉力的大小即可(1)試在圖甲中作出無實驗誤差情況下F1和F2的合力圖示,并用F表示此力.知識建構技能建構(3)圖乙是李明和張華兩位同學在做以上實驗時得到的結果,其中哪一個實驗比較符合實驗事實?(力F是用一只彈簧測力計拉時的圖示

15、)答: .知識建構技能建構(4)在以上實驗結果比較符合實驗事實的一位同學中,造成誤差的主要原因是:(至少寫出兩種情況)答: .知識建構技能建構(2)兩分力可以同時大于合力,故A正確;結點受三個力作用處于平衡狀態(tài),其中兩彈簧測力計的拉力的合力與第三個力橡皮筋拉力等大、反向,是一對平衡力,而橡皮筋的拉力不是合力,故B錯;只有保證結點在同一位置才能說明作用效果相同,故C對;若兩個分力的大小變化而方向都不變,則合力必定變化,故D錯.【解析】(1)用平行四邊形定則作圖,即以F1、F2為兩鄰邊作平行四邊形,對角線OF就表示合力F.(標上箭頭表明方向)(3)作圖法得到的F必為平行四邊形的對角線,單個彈簧測力

16、計的拉力F一定與橡皮筋共線,故張華的實驗比較符合實驗事實.(4)F2的大小比真實值偏小且方向比真實方向偏左,作圖時兩虛線分別與F1線和F2線不嚴格平行.知識建構技能建構【答案】(1)如圖丙所示丙(2)AC (3)張華做的符合實驗事實 (4)見解析知識建構技能建構(1)實驗對兩次拉伸橡皮條的要求中,下列哪些說法是正確的 (填字母代號).A.將橡皮條拉伸相同長度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結點拉到相同位置2.(2010年高考天津理綜卷)在探究求合力的方法時,先將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細繩.實驗時,需要兩次拉伸橡

17、皮條,一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧秤通過細繩拉橡皮條.知識建構技能建構(2)同學們在操作過程中有如下議論,其中對減小實驗誤差有益的說法是 (填字母代號).A.兩細繩必須等長B.彈簧秤、細繩、橡皮條都應與木板平行C.用兩彈簧秤同時拉細繩時兩彈簧秤示數之差應盡可能大D.拉橡皮條的細繩要長些,標記同一細繩方向的兩點要遠些【解析】(1)合力與分力為等效替代關系,實驗中力的效果是使橡皮條發(fā)生形變,兩次橡皮條形變大小和方向相同則效果相同,所以B、D正確.知識建構技能建構(2)實驗中細繩的作用是用來確定彈簧秤的拉力方向,兩繩是否等長不會影響測量結果,所以A錯誤;只有彈簧

18、秤、細繩、橡皮條與木板平行,才能保證兩次的效果相同,以減小測量誤差,B正確;用兩彈簧秤同時拉細繩時,要求兩彈簧秤示數不要太大(以防合力大于彈簧秤量程),也不要太小(減小相對誤差),對二者示數之差無特別要求,故C錯誤;通過細繩記錄力的方向時,不可避免地存在誤差,兩標記點適當遠些,可減小方向誤差,D正確.【答案】(1)BD (2)BD知識建構技能建構3.(2011年高考江蘇物理卷)某同學用如圖所示的實驗裝置來驗證“力的平行四邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點P,下端用細線掛一重物M.彈簧測力計B的一端用細線系于O點,手持另一端向左拉,使結點O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力計A和B的示數,并在貼于豎

19、直木板的白紙上記錄O點的位置和拉線的方向.知識建構技能建構(2)下列不必要的實驗要求是 .(請?zhí)顚戇x項對應的字母).A.應測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應在使用前校零C.拉線方向應與木板平面平行D.改變拉力,進行多次實驗,每次都要使O點靜止在同一位置(1)本實驗用的彈簧測力計示數的單位為N,圖中A的示數為 N.知識建構技能建構(3)某次實驗中,該同學發(fā)現彈簧測力計A的指針稍稍超出量程,請您提出兩個解決辦法.【解析】(2)本實驗由于重物的重力一定,只要保證結點O處于靜止即可,不需要靜止在同一位置.【答案】(1)3.6(2)D知識建構技能建構(3)改變彈簧測力計B拉力的大小;減小重物M的質量(

20、或將A更換成較大量程的彈簧測力計,改變彈簧測力計B拉力的方向等).知識建構技能建構4.小明同學在實驗室探究彈力和彈簧伸長的關系的探究過程是:【猜想與假設】彈簧彈力和彈簧伸長量成正比關系. 【設計與進行實驗】(1)設計如圖甲所示的實驗裝置進行實驗;(2)在彈簧下端掛上鉤碼,當分別懸掛10 g、20 g鉤碼時,記下指針所指的標尺刻度;(3)將實驗數據記錄在表格中;知識建構技能建構(4)整理器材,進行實驗數據分析并得出結論. 【交流與評估】小明同學將實驗數據記錄在下表中(重力加速度g=9.8 m/s2 )(1)請說明小明結論錯誤的原因: .甲知識建構技能建構(2)這個實驗小明同學在【設計與進行實驗】中的設計方案上還存在的不足之處是: .【答案】(1)x-m圖象的縱坐標不是彈簧伸長量(2)以三組測量數據不能得出普遍性物理規(guī)律,實驗方案中應設計多測幾組數據,并換用另外的彈簧多進行幾次實驗.知識建構技能建構

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