实验验证平行四边形定则和胡克定律

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讲义编号：

2.5实验验证平行四边形法则

探究弹力与弹簧伸长的关系

知识梳理

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

①等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以一个力F′就是这两个力F1和F2的合力，作出力F′的图示，如图所示．

②平行四边形法：根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示．

③验证：比较F和F′的大小和向是否相同，若有误差允的围相同，则验证了力的平行四边形定则．

3．实验器材

木板、白纸，弹簧测力计(两只)，橡皮条，细绳套(两个)，三角板，刻度尺，图钉(几个)．4．实验步骤

①用图钉把白纸钉在水平桌面上的木板上．

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．

Word资料.

③用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条与绳的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O 点的位置及此时两细绳的向．

④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．

⑤只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳的向，用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示．

⑥比较力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和向上是否相同．

⑦改变两个力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次．

5．实验注意事项

①在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点的位置一定要相同．

②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读数时应注意使弹簧测力计与木板平行，并使细绳与弹簧测力计的轴线在同一条直线上，避免弹簧与测力计外套、弹簧测力计的限位卡之间有摩擦．读数时眼睛要正视弹簧测力计刻度，在合力不超出量程及橡皮条在弹性限度的前提下，测量数据尽量大一些．

④细绳应适当长一些，便于确定力的向．不要直接沿细绳向画直线，应在细绳两端画两个射影点．取掉细绳后，连直线确定力的向．

⑤以调零后的弹簧测力计的两挂钩互钩后对拉，读数相同为宜．

⑥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．

6．实验误差分析

①读数误差

减小读数误差的法：弹簧测力计数据在允的情况下，尽量大一些．读数时眼睛一定要正视刻度尺，要按有效数字正确读数和记录．

②作图误差

减少作图误差的法：作图时两力的对边一定要平行．两个分力F1、F2间的夹角越大，用平行四边形作出的合力F的误差ΔF就越大，所以实验中不要把F1、F2间的夹角取得太大．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的关系．

②学会用列表法和图象法处理实验数据．

③培养用所学知识探究物理规律的能力．

2．实验原理

在竖直悬挂的轻弹簧下端悬挂钩码，平衡时弹力大小等于钩码的重力．用刻度尺量出弹簧的

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Word 资料.

伸长量，改变钩码数量，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

铁架台、毫米刻度尺、被探究弹簧、钩码(几个)、坐标纸、三角板、重垂线、铅笔 . 4．实验步骤

①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l 0，即原长．

②如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长并测出钩码的重力，填写在记录表格里.

1 2 3 4 5 6 7 F /N l /cm Δx /cm

③改变所挂钩码的数量，重复前面的实验过程多次．

④以弹力为纵坐标，以弹簧伸长量为横坐标，建立坐标系，根据所测数据描点．

5．数据处理

①列表分析：分析列表中弹簧的拉力F 与对应弹簧的伸长量Δx 的关系，可以先考虑F 和Δx 的乘积关系，再考虑F 和Δx 的比值关系，也可以考虑F 和Δx 2

关系或F 和Δx 关

系等．结论：F

Δx

为常数，即F ＝k Δx .

②图象分析：利用表格中对应的F 和Δx ，作出F －Δx 图象，此图象为过原点直线(如图所示)，即F 和Δx 成正比例关系．

6．误差分析

①本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的．因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度．

②弹簧长度的测量，是本实验的主要误差来源．所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度．

③描点、作图不准确．

7．注意事项

①每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等．

②弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的限度．

③测量有关长度时，应区别弹簧原长L0，实际总长L及伸长量Δx三者之间的不同，明确三者之间的关系．

④建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小．8．实验改进

上述实验中弹簧竖直，其重力对弹簧的形变量有一定影响，且人为处理弹力大小F和弹簧伸长Δx误差较大 .若能按以下式，误差将明显降低．

将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象(如图所示)，分析图象得出结论．

典型例题

考点1.理解平行四边形定则的原理，合力安排实验步骤，科学的记录，处理实验数据【例1】在做“验证力的平行四边形定则”实验时，(1)除已有的器材(木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔)外，还必须有_______和________．

(2)要使每次合力与分力产生相同的效果，必须( )

A．每次将橡皮条拉到同样的位置