24实验探究弹力与弹簧伸长量的关系和验证力的平行四边形定则导学案

172019届高三物理一轮复习导学案二、相互作用（4）【课题】探究弹力与弹簧伸长量的关系和验证力的平行四边形定则【导学内容】一、探究弹力与弹簧伸长量的关系实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法。实验原理：弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而得出（可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的伸长可用直尺测出。多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力与弹簧伸长的定量关系。实验器材：弹簧（不同的多根）、直尺、砝码。实验步骤：弹簧的弹力用F来表示，弹簧原长（自然长度）用L0来表示，弹簧现长用L来表示，弹簧的伸长用x来表示，则x=L-L0。1．用直尺测出弹簧的原长L0；2．如图所示，将弹簧一端固定，另一端挂上砝码（钩码），待弹簧平衡后，记录下弹簧的长度及砝码的重量。然后改变砝码的质量，再读出几组数据；3．将数据记录在表格中：4．根据测量数据画出F—x图象；（以F为纵轴，以x为横轴）5．探索结论：按照F—x图象中各点的分布与走向，尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试F—x是否为一次函数。二、验证力的平行四边形定则实验目的：验证力的合成的平行四边形定则。实验原理：此实验是要用互成角度的两个力与一个力产生相同的效果（即：使橡皮条在某一方向伸长一定的长度），看其用平行四边形定则求出的合力与这一个力是否在实验误差允许范围内相等。实验器材：木板一块、白纸、图钉若干、橡皮条一段、细绳、弹簧秤两个、三角板、刻度尺、量角器。18实验步骤：1．用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，用两条细绳套结在橡皮条的另一端。3．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O（如图所示）。4．用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数。在白纸上按比例作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根椐平行四边形定则求出合力F。5．只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向。按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F'的图示。6．比较F'与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等。7．改变两个分力F1和F2的大小和夹角。再重复实验两次，比较每次的F与F'是否在实验误差允许的范围内相等。注意事项：1．用弹簧秤测拉力时，应使拉力沿弹簧秤的轴线方向，橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。2．同一次实验中，橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。【典型剖析】[例1]（合肥市2007年教学质量检测一14．）几个同学合作如图甲所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关系”，弹簧的上端与标尺的零刻度对齐，他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指的标尺刻度。所得数据列表如下：（弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g=9.8m/s2）钩码质量m/g0306090120标尺刻度x/10－2m6.007.158.349.4810.64（1）根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。（2）作出的图线与轴交点的纵坐标值的物理意义是；这种规格弹簧的劲度系数k=N/m（保留三位有效数字）。AO19[例2](08孝感一中届高三期中检测)某同学做“验证力的平行四边形定则”实验中，主要步骤是：A．在桌上放一块方木板，在方木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在方木板上。B．用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端系着绳套。C．用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度的拉橡皮条，使橡皮条拉长，结点到达某一位置O，记录下O点的位置，读出两个弹簧秤的示数。D．按选好的标度，用铅笔和刻度尺作出两只弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F；E．只用一只弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力Fˊ的图示。F．比较力Fˊ和F的大小和方向，看他们是否相同，得出结论。上述步骤中：①有重要遗漏的步骤的序号是________和_________②遗漏的内容分别是：_________________________________________________和__________________________________________。[例3]（无锡市08届高三基础测试）在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。①图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是____________________②本实验采用的科学方法是（）A.理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法[例4]（无锡市08届高三基础测试）科学探究活动通常包括以下几个环节，提出问题：猜想与假设，制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等，一位同学在学习了滑动摩擦力之后，认为滑动摩擦力的大小可能与两物体接触面积的大小有关，于是他通过实验探究这个问题。（1）这位同学认为，滑动摩擦力的大小与两物体的面积的大小成正比，这属于上述科学探究的环节。（2）这完成本实验，需要自己制做木块，他制做的木块应是下列选项中的。A．各面粗糙程度相同的正方体B．各面粗糙程度不同的正方体C．各面粗糙程度相同。长宽高各不相同的长方体D．各面粗糙程度不相同，长宽高各不相同的长方体（3）为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力大小，你认为方案更易于操作。请简述理由：。20若A和B的重力分别为100N和150N，当甲中A被拉动时，弹簧测力计a示数为60N，b示数为110N，则A、B间的动摩擦因数为。【训练设计】1、（07高三模拟）现要测定一根尼龙丝能承受的最大拉力F，手头只有一个质量为m的砝码（已知Fmg）和一个米尺。请回答：（1）画出实验方案的示意图；（2）其中需测量的物理量是___________；（3）尼龙丝能承受的最大拉力F的表达式是：。2、某同学在做验证互成角度的两力合成的平行四边形定则的实验时，把橡皮条一端固定，另一端用A、B两个弹簧秤同时拉着到达O点位置，此时两弹簧秤的读数分别是FA＝3.41N和FB＝4.18N，其位置记录如图（2）所示．倘若橡皮绳的活动端仅由一个弹簧秤拉着，也把它拉到O点位置，读得弹簧秤的读数为FC＝6.14N，其位置如C．以1cm表示1N，作力的图示，用作图法．．．求出FA、FB的合力大小（要说明量值）、和方向（只要图示），并说明该实验的结论．用作图法．．．求得FA、FB的合力大小为N；实验结论是：．3、某同学用一个测力计、木块和细线去粗略测定一木块跟一个固定斜面之间的动摩擦因数μ。设此斜面的倾角不大，不加拉力时，木块放在斜面上将保持静止。实验的主要步骤是：（1）用测力计测木块重力G；（2）用测力计拉动木块沿斜面向上做匀速运动，记下测力计的读数F1（3）用测力计拉动木块沿斜面向下匀速运动，记下测力计读数F2请推出求μ的计算式。FbFc甲乙BAABabc