3.6 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 探究两个互成角度的力的合成规律-2023-2024学年高一元创物理提前学+强基础（人教版2019必修第一册）

6 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 探究两个互成角度的力的合成规律 核心目标 1. 理解探究原理，了解弹力测量方法，会做两个实验。 2. 能利用图像等方法分析和处理实验数据，学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。 3.通通过实验探究，得出、理解力的合成和分解遵从的法则--平行四边形定则，能分析实验误差。 【阅读+理解】----提前学知识要点 3. 胡克定律 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 如图甲，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，观察弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。然后，在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，设计实验记录表格，记录弹簧在不同拉力下伸长的长度。弹簧的弹力等于钩码对弹簧的拉力。以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧伸长的长度x为横轴建立直角坐标系。根据表格中的实验数据，在坐标纸上描点，作出F-x 图像（图乙）。由F-x 图像能得到什么结论？ 实验结果表明，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小 跟弹簧伸长（或缩短）的长度 x成正比，即F ＝kx。 2.  力的合成和分解    实验：探究两个互成角度的力的合成规律 如图甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE。 在图乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2， 改用一个力 F单独拉住小圆环，仍使它处于O点（图丙）。力F单独作用，与 F1、F2共同作用的效果是一样的，都能使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即橡皮条对小圆环的拉力相同，所以F等于F1、F2的合力。 我们要探究的是：合力F与F1、F2有什么关系？ 1.由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F（三个力的方向沿着各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出）。 2. 三个力的大小和方向有什么关系？我们用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形（图丁），但这只是猜想。 3.用作图工具进行检验，并改变拉力F1和F2的大小和方向，重做上述实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。 实验表明，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向（如图）。这个规律叫作平行四边形定则。 在上述实验中，如果把图乙和图丙的操作顺序对调，即先用拉力F把圆环拉到O点，再用拉力F1和 F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的分力，这就变成了“探究力的分解规律”的实验。由于各个力的数据都没有改变，因此，力的分解也遵从平行四边形定则。 【理解+记忆】----常思考笔记重点 关于探究弹簧弹力与形变量的关系实验 一、实验思路 1.如图甲所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的重力大小相等．如图乙所示，弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用 测出，其 可以用弹簧的长度减去弹簧的原长来求得． 　　 2.建立平面直角坐标系，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 连接起来，根据实验所得的图像，就可探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系． 二、实验器材 弹簧、刻度尺、钩码、铁架台、坐标纸． 三、实验步骤 1.将弹簧的一端挂在铁架台上，让其 下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度L0，即原长． 2.如图丙所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度L1，记录m1和L1. 丙 3.改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度L2、L3、L4、L5、…. (4) 计算出每次弹簧的伸长量x(x＝L－L0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格. 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 L/cm x/cm 0 关于探究两个互成角度的力的合成规律 一、实验思路 1. 一个力单独作用的 跟某几个力共同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力的 。求几个力的合力的过程叫作 。 2. 如图，用两个共点力F1与F2共同作用把橡皮条一端拉伸到某点，再用一个力F ′ 作用把橡皮条一端也拉伸到某点，效果都是把轻弹簧（或橡皮条）一端拉伸到某点，则F ′ 为F1和F2的 ，通过作图示、观察等方法，寻找F1、F2与F ′ 之间的关系，即可探究两个互成角度的力的合成规律。 二、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉(