福建省2022屆新課標高考物理一輪總復(fù)習13

力、物體的平衡5驗證力的平行四邊形定則探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系第二章一、驗證力的平行四邊形定則1.實驗?zāi)康尿炞C共點力的合成的平行四邊形定則.2.實驗原理橡皮條結(jié)點受三個共點力作用時，拉力F1、F2的合力F與橡皮條彈力F3平衡.改用一個拉力F′仍將結(jié)點拉到O點，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，便可以驗證力合成時的平行四邊形定則.3.實驗器材方木板、白紙、鉛筆、彈簧秤兩只、三角板、刻度尺、圖釘、橡皮條、細繩套兩個.4.實驗步驟及注意事項(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，橡皮條的另一端拴上細繩套.(2)用兩只彈簧秤鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條使結(jié)點到某一位置，應(yīng)記錄下結(jié)點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】實驗時應(yīng)使彈簧秤與板面平行，拉彈簧秤時用力不宜太大，避免合力超過彈簧秤量程．(3)用鉛筆和刻度尺從O點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，兩鄰邊所夾的對角線即為合力F的圖示.(4)用一只彈簧秤鉤住細繩套，把結(jié)點拉到同一位置O，記下細繩套的方向和該彈簧秤讀數(shù)F′.【特別提示2】在本實驗中，以橡皮條的伸長(結(jié)點到達某一位置)來衡量力的作用效果，因此在同一次實驗中應(yīng)該使兩種情況下結(jié)點達到同一位置.(5)用鉛筆及刻度尺按選定合適的標度畫力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)做兩次實驗，得出結(jié)論.【特別提示3】實驗與探究講究科學性，結(jié)論應(yīng)該來源于對多次實驗結(jié)果的分析.二、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系1.實驗?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)系的科學方法.2.實驗原理彈簧所受到的拉力與懸掛的物體重力平衡時，測量彈簧伸長量，每個重物(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.實驗器材彈簧、直尺、鉤碼、鐵架臺.4.實驗步驟及注意事項(1)將彈簧懸吊在鐵架臺上，讓彈簧自由下垂，在彈簧沒有掛鉤碼的情況下測量彈簧原長l0；(2)將已知質(zhì)量的鉤碼懸掛在彈簧下端，在平衡時測量彈簧的總長，計算此時懸掛鉤碼重力及彈簧伸長量，并填寫入表格內(nèi)；改變所懸掛鉤碼質(zhì)量，重復(fù)實驗多次；【特別提示4】所懸掛的鉤碼重力要適當，以免導致彈簧超過彈性限度.(3)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，在坐標上以彈簧彈力為縱坐標，彈簧伸長量為橫坐標，描點、作出圖線；(4)以彈簧的伸長量為自變量，根據(jù)圖線寫出彈簧彈力與伸長量之間的關(guān)系式.【特別提示5】學會運用圖象法探究兩個物理量之間的關(guān)系，將其遷移到其他情景中應(yīng)用.“驗證力的平行四邊形定則”的實驗方法在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，某同學的實驗情況如圖2-5-1(甲)所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細線的結(jié)點，OB和OC為細繩.圖2-5-1(乙)是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖.下列說法正確的是(

)圖2-5-1A.圖(乙)中的F是F1和F2合力的理論值；F′是F1和F2合力的實際測量值B.圖(乙)中的F′是F1和F2合力的理論值；F是F1和F2合力的實際測量值C.在實驗中，如果將細繩換成彈簧，那么對實驗結(jié)果有影響D.在實驗中，如果將細繩換成橡皮筋，那么對實驗結(jié)果有影響該實驗為驗證性實驗，實驗時將以測量的兩個分力的圖示為鄰邊作平行四邊形，其對角線即為從理論上求解的合力；而用一個力仍將結(jié)點拉到O時，根據(jù)該力所作出的有向線段為合力的真實值.至于用細繩、彈簧還是用橡皮條，只要將結(jié)點拉至O點，就說明兩次實驗效果相同，就達到實驗要求.選項A正確.

在驗證結(jié)論時，實驗總會有誤差存在，即真實值與測量值總會有差異.只要在誤差允許范圍內(nèi)近似相等即可得出實驗結(jié)論.在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，有三個實驗步驟：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，另一端拴兩根細線，通過細線同時用兩個測力計互成角度地拉橡皮條，使它與細線的結(jié)點達某一位置O.在白紙上記下O點和兩測力計的讀數(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只用一只測力計通過細線拉橡皮條，使它的伸長量與用兩測力計拉時相同，記下此時測力計的讀數(shù)F′和細繩的方向；以上三個步驟中均有錯誤或者疏漏，請指出.在步驟①中還應(yīng)記下兩拉力的方向(即細線的方向)；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)點拉到原來的O位置，而不僅僅是伸長量相同．

運用圖象法探究彈簧彈力與彈簧伸長之間的關(guān)系某同學用如圖2-5-2所示裝置做探究彈力和彈簧伸長量關(guān)系的實驗.他先測出不掛砝碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個增加砝碼，測出指針所指的標尺刻度，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標尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝碼質(zhì)量m/102g4.005.006.007.00標尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖2-5-3坐標紙上作出彈簧指針所指的標尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線.(2)根據(jù)所測得的數(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、連線如下圖所示；作圖的基本方法是：看點的趨勢，如果是直線，連線應(yīng)使盡可能多的點在直線上，并使直線兩邊的點盡可能對稱；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，當彈力等于4.9N時對應(yīng)標尺刻度為0.346m,對應(yīng)彈簧伸長量為x=l-l0=0.196m,該實驗中彈簧勁度系數(shù)為本題考查運用圖象法探究物理量之間的關(guān)系的實驗?zāi)芰?如正確記錄實驗數(shù)據(jù)、描點、連線；根據(jù)圖線并結(jié)合數(shù)學知識得出彈力與伸長量之間的關(guān)系.在本實驗中，圖線的曲線部分說明彈簧已經(jīng)超出彈性限度.某學生用懸掛砝碼