1、力、物体的平衡5 验证力的平行四边形定则探究弹力和弹簧伸长的关系第二章一、验证力的平行四边形定则1.实验目的验证共点力的合成的平行四边形定则.2.实验原理橡皮条结点受三个共点力作用时，拉力F1、F2的合力F与橡皮条弹力F3平衡.改用一个拉力F仍将结点拉到O点，则F与F等效，与F3平衡，以F1、F2为邻边作平行四边形求合力F，比较F与F的大小和方向，便可以验证力合成时的平行四边形定则.3.实验器材方木板、白纸、铅笔、弹簧秤两只、三角板、刻度尺、图钉、橡皮条、细绳套两个.4.实验步骤及注意事项(1)用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上，用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上细绳套.(2
2、)用两只弹簧秤钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条使结点到某一位置，应记录下结点O的位置、两绳套的方向和两弹簧秤的读数F1和F2.【特别提示1】实验时应使弹簧秤与板面平行，拉弹簧秤时用力不宜太大，避免合力超过弹簧秤量程(3)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和F2的图示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.(4)用一只弹簧秤钩住细绳套，把结点拉到同一位置O，记下细绳套的方向和该弹簧秤读数F.【特别提示2】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该使两种情况下
3、结点达到同一位置.(5)用铅笔及刻度尺按选定合适的标度画力F的图示，比较F和F的大小和方向.(6)改变F1和F2的大小和夹角，重复做两次实验，得出结论.【特别提示3】实验与探究讲究科学性，结论应该来源于对多次实验结果的分析.二、探究弹力和弹簧伸长的关系1.实验目的探究弹簧的弹力与弹簧的形变量之间的关系，掌握利用图象研究物理量之间关系的科学方法.2.实验原理弹簧所受到的拉力与悬挂的物体重力平衡时，测量弹簧伸长量，每个重物(钩码)质量已知，便可以利用图象研究弹力与形变量之间的关系.3.实验器材弹簧、直尺、钩码、铁架台.4.实验步骤及注意事项(1)将弹簧悬吊在铁架台上，让弹簧自由下垂，在弹簧没有挂钩
4、码的情况下测量弹簧原长l0；(2)将已知质量的钩码悬挂在弹簧下端，在平衡时测量弹簧的总长，计算此时悬挂钩码重力及弹簧伸长量，并填写入表格内；改变所悬挂钩码质量，重复实验多次；【特别提示4】所悬挂的钩码重力要适当，以免导致弹簧超过弹性限度.(3)根据实验数据，在坐标上以弹簧弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描点、作出图线；(4)以弹簧的伸长量为自变量，根据图线写出弹簧弹力与伸长量之间的关系式.【特别提示5】学会运用图象法探究两个物理量之间的关系，将其迁移到其他情景中应用.“验证力的平行四边形定则”的实验方法 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图2-5-1(甲)所示，其中A为
5、固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细线的结点，OB和OC为细绳.图2-5-1(乙)是在白纸上根据实验结果画出的图.下列说法正确的是()图2-5-1A.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值B.图(乙)中的F是F1和F2合力的理论值；F是F1和F2合力的实际测量值C.在实验中，如果将细绳换成弹簧，那么对实验结果有影响D.在实验中，如果将细绳换成橡皮筋，那么对实验结果有影响 该实验为验证性实验，实验时将以测量的两个分力的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为从理论上求解的合力；而用一个力仍将结点拉到O时，根据该力所作出的有向线段为合力的真实值.至于用细绳、弹簧还是用橡皮条
6、，只要将结点拉至O点，就说明两次实验效果相同，就达到实验要求.选项A正确.在验证结论时，实验总会有误差存在，即真实值与测量值总会有差异.只要在误差允许范围内近似相等即可得出实验结论.点评 在“验证力的平行四边形定则”实验中，有三个实验步骤：在水平放置的木板上垫放一张白纸，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，使它与细线的结点达某一位置O.在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2；在纸上根据读数F1和F2的大小，应用平行四边形定则作图求出合力F;只用一只测力计通过细线拉橡皮条，使它的伸长量与用两测力计拉时相同，记下此时测力计的读数F和细绳的方
7、向；以上三个步骤中均有错误或者疏漏，请指出.在步骤中还应记下两拉力的方向(即细线的方向)；在步骤中应根据读数F1和F2的大小和方向作平行四边形；在步骤中应同样把结点拉到原来的O位置，而不仅仅是伸长量相同 运用图象法探究弹簧弹力与弹簧伸长之间的关系某同学用如图2-5-2所示装置做探究弹力和弹簧伸长量关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度g=9.8m/s2)图2-5-2砝码质量m/102g01.002.003.00标尺刻度x/10-2m15.0018.9422.8226.78砝码质量m
8、/102g4.005.006.007.00标尺刻度x/10-2m30.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据，在图2-5-3坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线.(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格弹簧的劲度系数为N/m.(1)描点、连线如下图所示；作图的基本方法是：看点的趋势，如果是直线，连线应使尽可能多的点在直线上，并使直线两边的点尽可能对称；若是曲线则作圆滑的曲线.(2)本题图线直线段范围内满足胡克定律，该直线部分斜率即为弹簧劲度系数.在04.9N范围内满足胡克定律.从图线得知，当弹力等于4.
9、9N时对应标尺刻度为0.346m,对应弹簧伸长量为x=l-l0=0.196m,该实验中弹簧劲度系数为4.9/25.0/0.196FkN mN mx 本题考查运用图象法探究物理量之间的关系的实验能力.如正确记录实验数据、描点、连线；根据图线并结合数学知识得出弹力与伸长量之间的关系.在本实验中，图线的曲线部分说明弹簧已经超出弹性限度.点评 某学生用悬挂砝码的方法给弹簧施加力，探索弹力和弹簧伸长的关系.根据所测数据在坐标纸上描点，得到如图2-5-4所示图线.图中纵坐标表示弹簧所受的拉力，横坐标表示弹簧的长度.(1)以弹簧的长度为自变量，写出图线所代表的函数.(2)解释函数表达式中常数的物理意义，并说明这个常数与哪些因素有关？图2-5-460/4/154202020.FkN cmN cmxFxkcm对弹簧，即函数式为；式中常数 为弹簧的劲度系数，它与弹簧的材料、直径、圈数等有关式中的“”表示弹簧的原长为
