2024届高考物理一轮复习导学案：2.5 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 验证平行四边形定则

60级高三一轮复习导学案 编号： 编写：张甜甜 审核：吴玉权 2.5　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 学案 【学习目标】 1.会通过实验探究弹力和弹簧伸长的关系. 2.进一步理解胡克定律，掌握以胡克定律为原理的拓展实验的分析方法. 3.掌握实验原理、器材、步骤及注意事项. 4.理解教材基本实验的数据处理方法，并会进行误差分析. 【重点难点】实验原理、器材、步骤，处理数据，进行误差分析 【导入环节】 回顾旧知 1.胡克定律的表达式，及各字母的物理意义 2.合力和分力的关系 3.力的合成的法则 【思考环节】 1.探究弹簧弹力与形变量的关系 （1）实验器材 弹簧、___________、钩码、铁架台、铅笔、坐标纸。 （2）实验原理 a.弹簧弹力F的确定：在弹簧下端悬挂钩码，静止的钩码所受弹力大小与所挂钩码的重力大小___________，即F=___________ b.弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x=___________ c.图像法处理实验数据：作出弹簧弹力F与形变量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和形变量的关系。 （3）实验步骤 a.将弹簧的上端固定在铁架台的横杆上，用刻度尺测出弹簧___________时的长度l0，即___________。 b.如图所示，在弹簧下端悬挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1。 c.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…。 d.计算出每次弹簧的形变量x=（_______）和弹簧受到的拉力F（F=mg），并将数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 （4）数据处理 a.建立如图所示的直角坐标系，以弹簧的弹力F为纵轴、以弹簧形变量x为横轴，根据测量数据在坐标纸上描点，作出F-x图像。 b.以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数。首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。 c.得出弹簧弹力和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。 （5）注意事项 a.尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响。 b.实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度。 c.测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态。 d.记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位。 e.描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线。 例1.如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系． 　 (1)为完成实验，还需要的实验器材有___________________________． (2)实验中需要测量的物理量有_____________________________________. (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m.图线不过原点的原因是由于___________________________________． 2.探究两个互成角度的力的合成规律 （1）实验仪器 方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、___________、细绳、轻质小圆环、三角板、___________、图钉（若干）、铅笔。 （2）实验原理 a.合力F′的确定：一个力F′可以把橡皮条末端的小圆环拉到某点，两个力F1、F2共同作用，也能把橡皮条末端小圆环拉到___________，则F′与F1和F2共同作用___________相同，则F′是F1和F2的合力。 b.合力理论值F的确定：根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，求出合力的理论值F。 c.在实验误差允许的范围内，比较F′和F是否___________相等、___________相同。 （3）实验步骤 a.在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲所示，用图钉把橡皮条的一端固定在木板上A点，在橡皮条的另一端挂上轻质小圆环。 b.用两个弹簧测力计分别钩住小圆环，互成角