第6讲 实验：验证力的平行四边形定则.doc

第 6 讲　实验：验证力的平行四边形定则探索弹力与弹簧伸长的关系(一)验证力的平行四边形定则自主·夯实基础　　自主预习　轻松过关名师点金本实验用简单的方法验证了力的平行四边形定则，这一思想方法比较典型重要．在实验中特别要注意区别实验得到的合力与理论得到的合力，分析两者不完全重合的原因．知识梳理一、实验原理此实验先是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)，再看用平行四边形定则求出的两个力的合力与这一个力是否在实验误差允许的范围内相等．如果在实验误差允许的范围内相等，就验证了力的平行四边形定则．二、实验器材木板一块、白纸一张、图钉若干、橡皮条一段、铅笔一支、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、量角器等． 三、实验步骤 1．用图钉把一张白纸钉在放于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，将两个细绳套结在橡皮条的另一端．图 6－13．用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，在平板平面内互成一定角度地拉橡皮条，使结点到达某一位置 O，如图 6－ 1 所示．4．用铅笔描下结点 O 的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧秤的示数．在白纸上按确定的标度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，根据平行四边形定则，用作图法求出合力 F．5．只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到位置 O，记下弹簧秤的示数和细绳的方向．按同样的标度用刻度尺从 O 点起作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看是否相等．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．五、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．测力计的挂钩应避免与纸面摩擦．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．3．由经验得知：两个分力 F1、F 2 间的夹角 θ 越大，用平行四边形作图得出的合力F 的误差也越大．所以实验中不要把 θ 角取成 120°左右．　　4．拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是：使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离尽量远些．六、实验误差的主要来源1．用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这一因素使得两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小．2．结点 O 的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差．3．标度选取不恰当造成作图误差．创新·方法探究　　提炼方法　展示技巧题型方法例 1　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 5 N、最小刻度为 0.1 N 的弹簧秤．沿着两个不同的方向拉弹簧秤．当橡皮筋的活动端拉到 O 点时，两根细绳相互垂直，如图 6－3 甲所示．这时弹簧秤的示数可从图中读出．图 6－3(1)由图 6－3 甲中可读得两个相互垂直的拉力大小分别为 F1＝________N 和F2＝________N(只要读到 0.1 N)．(2)在 6－3 乙图的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．图 6－3 丙【解析】从图 6－3 甲中可知，弹簧秤的最小分度为 0.1 N，因此，竖直向下的弹簧秤示数为 2.5 N，水平向右的弹簧秤示数为 4.0 N．因为读数 2.5 N、4.0 N 均是 0.5 N 的整数倍，因此，选方格纸中一个小方格的边长表示 0.5 N，应用平行四边形定则即可画出两个力以及它们的合力，如图 6－3 丙所示．【答案】2.5　4.0　如图 6－3 丙所示【点评】①读数时要注意到弹簧秤“0”刻度线所在位置，否则就容易将竖直弹簧秤示数，读成 3.5 N．②在实验中作图时，要根据坐标纸的大小和弹簧秤上的读数选取适当的标度，使得“平行四边形”在坐标纸中所占的大小适当．例 2　图 6－4 所示为两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时所得到的实验结果，若 F′的作用效果与 F1、F 2 共同作用的效果相同，则一定与实验结果不相符的结果是(　　)图 6－4【解析】在实验中，由于各种偶然误差的影响，实验得到的合力矢量可能会与“平行四边形”得到的矢量不完全重合，但是实验得到的合力矢量一定要沿橡皮筋方向．故 B、D 肯定与实验结果不符．【答案】BD(二)探索弹力与弹簧伸长的关系自主·夯实基础　　自主预习　轻松过关名师点金这是一个探究性实验，在教材中除此处之外并没有介绍过胡克定律，而近几年来弹簧问题一直是高考的热点，所以大家一方面要理解掌握好这个实验本身的原理、步骤和方法，另一方面要通过这一实验深刻理解胡克定律的内涵和外延．知识梳理一、实验原理此实验是用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，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．弹簧的伸长越大，弹力也就越大，以此探究弹簧弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．二、实验器材弹簧一根，铁架台(带铁夹 )一套，钩码一盒，直尺． 三、实验步骤 1．把弹簧的一端固定在铁夹上，先不挂砝码，使弹簧自然下垂，用直尺测量弹簧此时的长度 l0，记为弹簧原长．2．把一个已知质量的钩码挂在弹簧的另一端，此时弹簧所受拉力 F1 的大小等于钩码所受的重力，用直尺测量此时所对应的弹簧总长 l1，把这一组数据(F1，l 1)记录下来．3．不断增加砝码数量(保证在弹簧的弹性限度内 )，每增加 1 个砝码，记录 1 组数据，尽量多做几组．四、数据记录与处理　　1．图象法：根据所测数据，在已经准备好的坐标纸上描点．以弹簧弹力 F 为纵坐标、弹簧的伸长量 Δl 为横坐标， 按照图中各点的分布与走向，可作出一条过原点的直线．2．列表法：从上表中可以发现在允许的误差范围内弹力与弹簧伸长的比值是一个常数．3．函数法：在误差允许的范围内，可写出实验得到的弹力与弹簧伸长的函数关系是F＝k· Δ l．五、注意事项1． 实验过程中，弹簧要用轻质弹簧，以减小系统误差．注意：拉力不要超过弹簧的弹性限度，要小心观察，适可而止．2．测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，要在弹簧自然竖直的状态下去测量．3．每改变一次拉力的大小就要做一次测量记录．为了探索弹力和弹簧伸长的关系，要尽可能多测几组数据，以便在坐标纸上能描出更多的点，以减小误差．4．使用数据时应采用(lx－l 0)，即弹簧长度的变化量．5．在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线(包括直线) 时，要顺着各点的走向来描，描出的点不一定正好在曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．6．写出曲线所代表的函数时，首先尝试用一次函数，如果不行再考虑用其他函数．六、实验误差的主要来源本实验产生误差的原因主要有：弹簧并非理想的轻质弹簧、读数误差和作图误差．。