2022届高考物理一轮复习第9讲实验：探究弹簧弹力与形变量的关系、两个互成角度的力的合成规律课件

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这是一份2022届高考物理一轮复习第9讲实验：探究弹簧弹力与形变量的关系、两个互成角度的力的合成规律课件，共22页。PPT课件主要包含了四数据处理等内容，欢迎下载使用。

实验二：探究弹簧弹力与形变量的关系
一.实验原理弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大。二.实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。
三.实验步骤(1)安装实验器材(如图所示)。(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据。(3)根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标。(4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(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。(5)以弹簧的伸长量为自变量，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。
2、函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系。
3.图像分析法：作出F－Δx图像，如图2所示。此图像是过坐标原点的一条直线，即F和Δx成正比关系。作图的规则：(1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图
像尽可能占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长，则横坐标的起点可以不从零开始。(2)作图线时，尽可能使直线通过较多的点，不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)。(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图像的斜率、截距的意义。
五.注意事项(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度。(2)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。(4)统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。六.误差分析(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差。
【典例1】某实验小组同学，用铁架台、弹簧和多个质量均为m＝50 g的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，如图甲所示。
(1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下：
当挂2个钩码时，指针对应刻度如图甲所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度L为横轴的坐标系中，如图乙所示，描点画出第2组对应的数据点，并连线得到F－L 图像。请根据图像分析并得出以下结论①弹簧原长为__________ cm；②弹簧的劲度系数k＝__________ (保留2位有效数字)。
解析　刻度尺的读数为13.70 cm描点并作图：①弹力为0时，弹簧原长为11.40 cm。②根据胡克定律F＝kx可知，图像斜率的物理意义为弹簧的劲度系数
答案　13.70　见解析图　①11.40　②0.42 N/cm
【典例2】一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中
(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的F－x图像，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度。请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0＝______ cm，弹簧的弹性系数k＝__________ N/m。该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝__________ cm。
(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图像如图丙所示。下列表述正确的是______。A.a的原长比b的长B.a的劲度系数比b的大C.a的劲度系数比b的小D.测得的弹力与弹簧的长度成正比
答案　(1)8　25　20　(2)B
(2)在丙图中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b的原长大于a的原长，故A错误；斜率代表劲度系数，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B正确，C错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误。
实验三　探究两个互成角度的力的合成规律
一.实验原理互成角度的两个力F1、F2与另外一个力F′产生相同的效果，看F1、F2用平行四边形定则求出的合力F与F′在实验误差允许范围内是否相同。二.实验器材木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、铅笔。
三.实验步骤(1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上。 (2)用两个弹簧测力计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。如图甲所示。
(3)用铅笔描下结点O的位置和两个细绳套的方向，并记录弹簧测力计的读数，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。 (4)只用一个弹簧测力计，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳的方向，如图1乙所示。(5)比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，看它们在实验误差允许的范围内是否相同。
四.注意事项(1)位置不变：在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用效果相同，这是利用了等效替代的思想。(2)角度合适：用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时，其夹角不宜太小，也不宜太大，以60°～100°之间为宜。(3)在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些。细绳套应适当长一些，便于确定力的方向。(4)统一标度：在同一次实验中，画力的图示选定的标度要相同，并且要恰当选定标度，使力的图示稍大一些。
2.正确使用弹簧测力计(1)将两只弹簧测力计调零后水平互钩对拉过程中，读数相同，可选；若不同，应另换或调校，直至相同为止。(2)使用时，读数应尽量大些，但不能超出弹簧测力计量程。(3)拉力的方向应与轴线方向一致。(4)读数时应正对、平视刻度。
五.误差分析(1)误差来源：除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。(2)减小误差的办法：①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度盘，要按有效数字位数要求和弹簧测力计的精度正确读数和记录。②作图时使用刻度尺，并借助三角板，一定要使表示两力的对边平行。
【典例3】在“验证力的平行四边形定则”实验中，橡皮条一端固定在贴有白纸的水平木板上P点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计A和B，平行木板沿两个不同的方向拉弹簧测力计。某次实验，当橡皮条与两细绳的结点被拉到O点时，两细绳刚好相互垂直，弹簧测力计的示数如图甲所示。
(1)两细绳对结点的拉力大小可由A、B分别读出：FA＝__________ N和FB__________ N；(2)请在图2乙的方格纸(一小格边长表示0.5 N)上画出这两个力及它们合力的图示。
答案　(1)4.00 N　2.50 N　(2)图见解析图解析　(1)由图甲中可知，弹簧测力计读数分别为4.00 N和2.50 N。(2)由于每格为0.5 N，则FA、FB分别为8格和5格，故力的图示如图所示。
【典例4】如图所示的实验装置可以用来验证力的平行四边形定则，带有滑轮的方木板竖直放置，为了便于调节绳子拉力的方向，滑轮可以安放在木板上的多个位置： (1)请把下面的实验步骤补写完整①三段绳子各自悬挂一定数目的等质量钩码，调整滑轮在木板上的位置，使得系统静止不动；
②把一张画有等间距同心圆的厚纸，紧贴木板放置在绳子与木板之间，使得圆心位于绳子结点O处，有足够多等间距同心圆作为画图助手，这样做为的是方便作出力的图示。你认为本实验有必要测量钩码所受的重力大小吗？答__________(选填“有”或“没有”，不必说明理由)；