(1)不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点O的位置.
(2)在同一次实验中,使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同.
(3)不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条,要反复做几次,使橡皮条拉到相同的长度看弹簧秤读数有无变化.
(4)细绳套应适当长一些,便于确定力的方向.不要直接沿细绳套的方向画直线,应在细绳末端用铅笔画一个点,取掉细绳套后,再将所标的点与O点连直线确定力的方向.
(5)在同一次实验中,画力的图示所选定的标度要相同,并且要恰当选取标度,使所作力的图示稍大一些.
1.正确使用弹簧秤
(1)弹簧秤的选取方法是:将两只弹簧秤调零后互钩水平对拉,若两只弹簧在对拉过程中,读数相同,则可选;若读数不同,应另换弹簧,直至相同为止.
(2)弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用.
(3)使用前要检查指针是否指在零刻度线上,否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差).
(4)被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦.
(5)读数时应正对、平视刻度.
(1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度.要注意观察,适可而止.
(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确.
(3)测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,以免增大误差.
(4)描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.
(5)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.
1.数据处理
数据处理是对原始实验记录的科学加工,通过数据处理,往往可以从一堆表面上难以察觉的、似乎毫无联系的数据中找出内在的规律.在中学物理中只要求掌握数据处理的最简单的方法.
(1)列表法
在记录和处理数据时,常常将数据列成表格.数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系,有助于找出物理量之间的规律性的联系.
(2)作图法
用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一.用作图法处理数据的优点是直观、简便,有取平均的效果.由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系,找出规律.
(3)平均值法
现行教材中只介绍算术平均值,即把测定的若干组数相加求和,然后除以测量次数.必须注意,求平均值时应按原来测量仪器的准确度决定保留的位数.
2.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
等效法:使一个力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某点,所以这一个力F′就是两个力F1和F2的合力,作出F′的图示,再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示,比较F和F′的大小和方向是否都相同.
(3)实验器材
方木板,白纸,弹簧秤(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
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.
③用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图所示,记录两弹簧秤的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向.
⑤只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧秤的读数和细绳的方向,用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F′的图示.
⑥比较一下,力F′与平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同.
⑦改变两个力F1与F2的大小和夹角,再重复实验两次.
重点难点突破
1.探究弹力和弹簧伸长的关系
知道弹力与弹簧伸长的定量关系,学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据.
弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到的外力有关,沿弹簧的方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的,用悬挂法测量弹簧的弹力,运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的砝码的重力相等.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算.这样可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系.
弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸.
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l0,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计算钩码的重力,填写在记录表格里.
③改变所挂钩码的质量,重复前面的实验过程多次.
④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.连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.
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,如果不行则考虑二次函数.
⑥得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.
[例5]如图所示,用绳AC和BC吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30°和60°,AC绳能承受的最大拉力为150N,而BC绳能承受的最大的拉力为100N,求物体最大重力不能超过多少?
[错因]以上错解的原因是学生错误地认为当TAC=150N时,TBC=100N,而没有认真分析力之间的关系.实际上当TBC=100N时,TAC已经超过150N.
[正解]重物受力如图,由重物静止有
TBCsin60°-TACsin30°=0①
TACcos30°+TBCcos60°-G=0②
[思维提升]思考物理问题不能想当然,要根据题设情景和条件综合分析,找出研究对象之间的关系,联系起来考虑.
第5课时实验:探究弹力与弹簧伸长的关系
验证力的平行四边形定则
基础知识归纳
[例4]如图所示,物体的质量为2kg,两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于物体上,在物体上另施加一个方向与水平线成θ=60°的拉力F,若要使两绳都能伸直,求拉力F的大小范围.
[解析]A受力如图所示,由平衡条件有
Fcosθ-F2-F1cosθ=0②
要使两绳都能伸直,则有F1≥0⑤
F2≥0⑥
[思维提升]抓住题中“若要使两绳都能伸直”这个隐含条件,它是指绳子伸直但拉力恰好为零的临界状态.当AC恰好伸直但未张紧时,F有最小值;当AB恰好伸直但未张紧时,F有最大值.
2.动态平衡问题分析
[例3]如图所示,一个重为G的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α.在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态,今使木板与斜面的夹角β缓慢增大至水平,在这个过程中,球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化?
[解析]解析法:选球为研究对象,球受三个力作用,即重力G、斜面支持力FN1、挡板支持力FN2,受力分析如图所示.由平衡条件可得
FN1cosα-FN2sin(90°-α-β)-G=0
联立求解并进行三角变换可得
讨论:
②(α+β)>90°,β↑→|cot(α+β)|↑→FN1↓
(2)对FN2:①β<90°,β↑→sinβ↑→FN2↓
②β>90°,β↑→sinβ↓→FN2↑
图解法:取球为研究对象,球受重力G、斜面支持力FN1,挡板支持力FN2.因为球始终处于平衡状态,故三个力的合力始终为零,三个力构成封闭的三角形,档板逆时针转动时,FN2的方向也逆时针转动,作出如图所示的动态矢量三角形,由图可见,FN2先减小后增大,FN1随β增大而始终减小.
[拓展2]如图所示装置,两根细绳拴住一球,保持两细绳间的夹角不变,若把整个装置顺时针缓慢转过90°,则在转动过程中,CA绳的拉力FA大小变化情况是先增大后减小,CB绳的拉力FB的大小变化情况是一直减小.
[例1]如图所示,重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为θ,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是()
解法一:合成法
根据平衡条件F=mg
F1=Fcotθ=mgcotθ,选项B、D正确.
解法二:分解法
将重力mg分解为F1′和F2′
F1′=mgcotθ
[答案]BD
[思维提升]求解共点力作用下物体平衡问题有多种方法,可以从物理角度分析,也可以用数学工具进行处理.本题两种方法为物理方法.