人教高考物理复习

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第2章_第4讲_实验：验证力的平行四边形 一、验证力的平行四边形定则 ‎ 1．实验目的：验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．‎ ‎2．实验原理：等效法：两个力F1、F2共同作用使橡皮条伸长到结点O，单独一个力F′作用也使橡皮条伸长到结点O，这一个力F′就是前两个力F1和F2的合力．作出F′的图示，再根据平行四边形定则　作出F1和F2的合力F的图示，比较F′和F的大小和方向是否相同．3．实验器材 ‎ 方木板、白纸、弹簧秤(两只)橡皮条、细绳套(两个)三角板、刻度尺、图钉若干、细芯铅笔．‎ ‎ 4．实验步骤：(1)用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上．‎ ‎(2)用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．‎ ‎ (3)用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图241，记录　两弹簧秤的读数　，用铅笔描下　O点位置　及此时　两条细绳套　的方向．‎ ‎(4)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、F2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．‎ ‎(5)只用一只弹簧秤钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同一位置O.记下此时　弹簧秤的示数F′　及　细绳的方向　，用刻度尺按同样的标度作出F′的图示．‎ ‎ (6)比较F′与F的大小和方向．‎ ‎ (7)改变F1、F2的大小和夹角，重复做两次实验，得出结论．‎ 二、探究弹力和弹簧伸长的关系1．实验目的 ‎(1)探究弹力和弹簧伸长量的定量关系；(2)学会使用列表法、图象法、函数法处理实验数据．‎ ‎2．实验原理 在竖直悬挂的轻弹簧下端悬挂砝码，平衡时弹力大小等于　砝码的重力　，用刻度尺量出弹簧的伸长量　，改变砝码数量，重复上面实验，就可以定量地找出弹力与伸长量之间的关系． ‎ ‎3．实验器材：弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、　坐标纸　.‎ ‎4．实验步骤;(1)如图242，将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．‎ ‎ (2)在弹簧下端挂钩码，测出弹簧总长度l，计算出弹簧的伸长量x和钩码的重力mg.‎ ‎ (3)改变(增加)钩码数量依次测出弹簧长度和钩码总重力，列表记录．‎ ‎(4)以弹力F(大小等于　所挂钩码的重力　)为纵坐标，以　弹簧伸长量x　为横坐标建立坐标系，根据所测数据描点，拟合各点，得出弹力F和弹簧伸长量x的图线．(5)以　弹簧伸长量　为自变量，写出曲线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数．(6)得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． ‎ 三、注意事项 ‎ (1)在本实验中，以橡皮条的伸长(结点到达某一位置)来衡量力的作用效果，因此，在同一次实验中应使两种情况下结点达到同一位置． (2)在不超过弹簧秤的量程和橡皮条形变不超过其弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些．‎ ‎ (3)画力的图示时，标度的选取应恰当，并且要相同，要严格按几何作图法求合力，同时还要把力的图示作得稍大一些．‎ 例1：在“验证力的平行四边形定则”的实验中，其中的三个实验步骤如下：‎ ‎ (1)在水平放置的木板上垫一张白纸，用图钉固定，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，使它与细线的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2.‎ ‎(2)在纸上根据F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F.‎ ‎ (3)只用一只测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两测力计拉时相同，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疏漏，请指出：‎ ‎ (1)中是________(2)中是________(3)中是________‎ 解析：步骤(1)中未记下细线的方向．步骤(2)中除F1、F2的大小之外，还应根据F1、F2的方向才能准确作图．步骤(3)中应将橡皮条与线的结点拉至原位置O点．‎ 例2：(2009·山东)请完成以下两小题．‎ ‎ 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：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3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．‎ ‎(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------------‎ 解析：细绳的长度与橡皮筋的伸长量无关．三根橡皮筋劲度系数相同，产生的弹力与伸长量成正比．从伸长后长度和原长的差即可以得到其伸长量，记录下O点位置，则可确定两边弹力方向，即OA方向和OB方向 答案： bcd　更换不同质量的小重物 例3：下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长的关系所测的几组数据.‎ 弹力F/N ‎0.5‎ ‎1.0‎ ‎1.5‎ ‎2.0‎ ‎2.5‎ 伸长x/cm ‎2.3‎ ‎5.08‎ ‎6.89‎ ‎9.8‎ ‎12.4‎ ‎(1)请你在图244的坐标线上作出F－x图线．(2)写出曲线所代表的函数式．‎ ‎(3)解释函数表达式中的常量的物理义．‎ 解析：(1)根据表中数据描点，按照图中各点的分布与走向，应作出一条直线，使直线两侧的点数大致相同．这样可以减少偶然误差．如图244所示．‎ ‎(2)设直线斜率为k，由数学知识知，F＝kx＋C.在直线上取较远的两点(可以减小误差)，如点 ‎(9.8,2.0)与(2.3,0.5)，并代入上式得k＝0.2N/cm，C＝0.04N，所以函数表达式为：F＝(0.2x＋0.04)N.(3)由F＝kx＋C知，当x＝0时，F＝C，因此，式中常数C表示弹簧的重力为0.04N.若忽略弹簧的重量，则F＝kx.因此，式中常数k＝F/x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力，即劲度系数．‎