2.4探究胡克定律及互成角度共点力的合力-【桂冠物理】2024届高三物理一轮复习题型归纳技巧点拨（新高考专用）

第二章 相互作用 2.4实验：探究胡克定律及互成角度共点力的合力 【考点预测】 1.探究弹簧弹力大小与弹簧形变量的间的关系 2.探究互成角度共点力的合力与分力的关系 【方法技巧与总结】 探究胡克定律实验原理 (1)如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等． (2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与形变量间的关系． 探究互成角度共点力的合力实验原理 (1)等效法：一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点，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)平行四边形定则：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′的大小和方向，若在误差允许的范围内相等，则验证了力的平行四边形定则． 【题型归纳目录】 题型一：探究弹簧弹力大小与弹簧形变量的间的关系 题型二：探究互成角度共点力的合力与分力的关系 【题型一】探究弹簧弹力大小与弹簧形变量的间的关系 【典型例题】 例1．（2024·广东惠州·统考一模）某学习小组利用如图（a）所示的实验装置测量圆形橡皮筋的弹性模量，在弹性限度内，橡皮筋像弹簧一样，弹力大小F与伸长量x成正比，即，k值与橡皮筋的原长L、横截面积S有关，理论与实践都表明，其中Y在材料力学上称之为弹性模量。    （1）在国际单位制中，弹性模量Y的单位应该是 。 A．N　　B．m　　C．N/m　　D． （2）先利用刻度尺测量圆形橡皮筋的原长L=20.00cm，再利用螺旋测微器测量橡皮筋处于原长时的直径D，如图（b）所示，则 mm。 （3）作出橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的图像，如图（c）所示，则该橡皮筋的k值为 N/m，由通过计算得出该橡皮筋的弹性模量 （保留两位有效数字）。 【方法技巧与总结】 1.数据处理 (1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．用平滑的曲线连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线． (2)以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数． (3)得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． 2．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：本实验是探究型实验，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． 练1．（2023·海南省直辖县级单位·嘉积中学校考一模）在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，实验装置如图甲所示，将弹簧的左端固定在刻度尺的“0”刻度线处，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将钩码挂在绳子的下端，测量相应的数据，通过描点法作出F-l（F为弹簧的拉力，l为弹簧的长度）图像，如图乙所示。      （1）下列说法中正确的是 。（填正确答案标号） A．每次增加的钩码数量必须相等 B．通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的长度成正比 C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧水平且处于平衡状态 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与弹簧伸长量，会得出拉力与弹簧伸长量之比相等 （2）根据乙图可求得该弹簧的劲度系数为 N/m（保留两位有效数字），图像中在点出现拐点是因为 。 （3）该实验将弹簧水平放置而不是竖直放置，优点在于： 。 【题型二】探究互成角度共点力的合力与分力的关系 【典型例题】 例2．（2023·福建福州·福建省福州第一中学校考二模）某学习小组利用如下方案探究两个互成角度的力的合成规律。如图（a）所示，竖直木板上固定有白纸，两个光滑的滑轮a、b固定在木板上同一高度处，三根细线在O点打结，细线1绕过滑轮a悬挂4个钩码，细线2绕过滑轮b悬挂3个钩码，弹簧测力计通过细线3拉结点O。最后在白纸上画出力的图示进行探究，钩码均相同。    （1）实验过程中，下列做法符合要求的是 。 A．测量时，弹簧测力计要与细线3处在同一直线上且与木板平行 B．测量时，弹簧测力计必须竖直向下拉细线3 C．稳定后，应在白纸上记录结