2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系教案魯科版

1、實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系* 注意事項(xiàng)1.對(duì)鉤碼的要求(1)所掛鉤碼不要過重,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度.(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀,這樣作出的圖線更準(zhǔn)確.2.測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)(1)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量.(2)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位.3.畫圖象描點(diǎn)畫線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條線上,但應(yīng)注意一定要使盡可能多的點(diǎn)落在線上,其余各點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè).誤差分析1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確,彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來誤差.2.畫圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來誤差.常規(guī)實(shí)驗(yàn)例1 (2019安徽蚌埠模擬)如圖

2、(甲)所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼,探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系.(1)實(shí)驗(yàn)中還需要的測(cè)量工具有.(2)如圖(乙)所示,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖,縱軸是鉤碼質(zhì)量m,橫軸是彈簧的形變量x.由圖可知:圖線不通過原點(diǎn)的原因是;若忽略影響圖線不過原點(diǎn)的因素,則彈簧的勁度系數(shù)k=n/m(計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8 m/s2).(3)如圖(丙)所示,實(shí)驗(yàn)中用兩根不同的彈簧a和b,畫出彈簧彈力f與彈簧長(zhǎng)度l的f-l圖象,下列說法正確的是.a.a的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng)b.a的勁度系數(shù)比b的大c.a的勁度系數(shù)比b的小d.彈力與彈簧長(zhǎng)度成正比解析:(1)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量彈簧伸長(zhǎng)

3、的長(zhǎng)度,故需要刻度尺.(2)由圖(乙)可知,當(dāng)m=0時(shí),x大于零,說明沒有掛重物時(shí),彈簧有伸長(zhǎng),是由于彈簧自身受到重力造成的.若圖線過原點(diǎn),則說明彈簧的彈力大小和彈簧伸長(zhǎng)量大小成正比,彈簧的勁度系數(shù)k=g=9.8 n/m=4.9 n/m.(3)在圖(丙)中橫截距表示彈簧的原長(zhǎng),故b的原長(zhǎng)比a的長(zhǎng),選項(xiàng)a錯(cuò)誤;圖線斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k,故a的勁度系數(shù)比b的大,選項(xiàng)b正確,c錯(cuò)誤;彈簧的彈力滿足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故選項(xiàng)d錯(cuò)誤.答案:(1)刻度尺(2)彈簧自身受到重力4.9(3)b例2 (2019四川攀枝花一診)某同學(xué)用如圖所示的裝置做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).他先

4、讀出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?然后在彈簧下端逐個(gè)加掛鉤碼(質(zhì)量均相同),分別記錄鉤碼穩(wěn)定后指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?所得數(shù)據(jù)列表如下.鉤碼數(shù)/個(gè)01234刻度尺的刻度x/cm9.0010.3511.6614.34(1)當(dāng)在彈簧下端掛上3個(gè)鉤碼時(shí),指針位置如圖所示,請(qǐng)將上表補(bǔ)充完整.(2)已知實(shí)驗(yàn)所用單個(gè)鉤碼質(zhì)量為100 g,當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2,則該彈簧的勁度系數(shù)為n/m.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)解析:(1)由圖可知此時(shí)彈簧的實(shí)際長(zhǎng)度為13.00 cm.(2)彈簧原長(zhǎng)為9.00 cm,則伸長(zhǎng)量x=x-x0,彈力f=nmg=n0.98 n,根據(jù)f=kx,計(jì)算每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的勁

5、度系數(shù)k值如下表.鉤碼數(shù)/個(gè)01234刻度尺的刻度x/cm9.0010.3511.6613.0014.34伸長(zhǎng)量x/cm01.352.664.005.34彈力f/n00.981.962.943.92勁度系數(shù)k/(nm-1)72.673.773.573.4故彈簧的勁度系數(shù)的平均值=n/m=73.3 n/m.答案:(1)13.00(2)73.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)圖象法:根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn),以彈簧的彈力f為縱軸,彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫軸,根據(jù)描點(diǎn)的情況,作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線.(2)列表法:將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中,研究測(cè)量的數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),彈力與彈簧伸

6、長(zhǎng)量的比值是一常數(shù).(3)函數(shù)法:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),找出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的函數(shù)關(guān)系.1.某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).(甲) (乙)(丙)(1)圖(甲)是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,其示數(shù)為7.73 cm;圖(乙)是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量l為cm;(2)本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關(guān)于此操作,下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是;(填選項(xiàng)前的字母)a.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重b.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重(3)圖(丙)是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量l與彈

7、力f的關(guān)系圖線,圖線的ab段明顯偏離直線oa,造成這種現(xiàn)象的主要原因是.解析:(1)圖(乙)的示數(shù)為14.66 cm,所以彈簧的伸長(zhǎng)量為l=14.66 cm-7.73 cm=6.93 cm.(2)為了得到較多的數(shù)據(jù)點(diǎn),應(yīng)逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼彈簧的長(zhǎng)度和鉤碼的總重,即a正確.(3)不遵循胡克定律,說明超出了彈簧的彈性限度.答案:(1)6.93(2)a(3)超過彈簧的彈性限度2.某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)裝置.所用的每個(gè)鉤碼質(zhì)量都是30 g.他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端,每次都測(cè)出在彈簧穩(wěn)定時(shí)相應(yīng)的彈

8、簧總長(zhǎng)度l,將數(shù)據(jù)填入表中.(彈簧始終未超過彈性限度,g取9.8 m/s2)鉤碼質(zhì)量/g0306090120150彈力大小/0.294 n012345彈簧總長(zhǎng)/cm6.007.008.019.0010.0011.02(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù),在圖(乙)給定的坐標(biāo)系中描點(diǎn)并作出彈簧所受彈力大小f跟彈簧總長(zhǎng)l之間的關(guān)系圖線.(2)圖線跟坐標(biāo)軸l交點(diǎn)的數(shù)值表示.該彈簧的勁度系數(shù)為n/m(保留兩位有效數(shù)字).解析:(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描出點(diǎn),畫一條直線,使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上,不在直線上的點(diǎn)均勻地分布在直線兩側(cè).如圖所示.(2)設(shè)彈簧原長(zhǎng)為l0,則f=k(l-l0),故圖線與l軸的交點(diǎn)表示彈簧

9、的原長(zhǎng),由圖線斜率表示彈簧的勁度系數(shù)知k=,可得k=29 n/m.答案:(1)見解析圖(2)彈簧的原長(zhǎng)29 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3 (2018全國(guó)卷,22)如圖(a),一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置,簡(jiǎn)化為圖中的指針.現(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù).當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),移動(dòng)游標(biāo),再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示,其讀數(shù)為cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2,此彈簧的勁

10、度系數(shù)為n/m(保留3位有效數(shù)字).解析:標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度,精確度為0.05 mm,游標(biāo)的第15個(gè)刻度與主尺刻度對(duì)齊,則讀數(shù)為37 mm+150.05 mm=37.75 mm=3.775 cm.彈簧形變量x=(3.775-1.950)cm=1.825 cm,砝碼平衡時(shí),mg=kx,所以勁度系數(shù)k=n/m53.7 n/m.答案:3.77553.7例4 (2019安徽黃山質(zhì)檢)某同學(xué)為研究橡皮筋伸長(zhǎng)與所受拉力的關(guān)系,做了如下實(shí)驗(yàn):如圖(甲)所示,將白紙固定在制圖板上,橡皮筋一端固定在o點(diǎn),另一端a系一小段輕繩(帶繩結(jié));將制圖板豎直固定在鐵架臺(tái)上.將質(zhì)量m=100 g的鉤碼掛在繩結(jié)上,靜止時(shí)描

11、下橡皮筋下端點(diǎn)的位置a0;用水平力拉a點(diǎn),使a點(diǎn)在新的位置靜止,描下此時(shí)橡皮筋下端點(diǎn)的位置a1;逐步增大水平力,重復(fù)5次取下制圖板,量出a1,a2,各點(diǎn)到o的距離l1,l2,量出各次橡皮筋與oa0之間的夾角1,2,.在坐標(biāo)紙上作出-l的圖象如圖(乙).完成下列填空:(1)已知重力加速度為g,當(dāng)橡皮筋與oa0間的夾角為時(shí),橡皮筋所受的拉力大小為(用g,m,表示).(2)由圖(乙)可得橡皮筋的勁度系數(shù)k=n/m,橡皮筋的原長(zhǎng)l0=m.(g取10 m/s2,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析:(1)橡皮筋拉力沿豎直方向的拉力大小等于鉤碼的重力,即tcos =mg,t=.(2)根據(jù)胡克定律得t=k(l-l0)

12、,t=,聯(lián)立解得=l-,圖線斜率為=,解得k=1.0102 n/m;延長(zhǎng)圖(乙)中的圖線與l軸交點(diǎn)表示橡皮筋的原長(zhǎng),即l0=0.21 m.答案:(1)(2)1.01020.211.(2019廣東廣州調(diào)研)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖(甲)所示.右側(cè)掛上鉤碼,相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力.實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端,每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度l.(1)有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙中描點(diǎn),如圖(乙)所示.請(qǐng)作出f-l圖線.(2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)l0=cm,勁度系數(shù)k=n/m.(3)試

13、根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況,幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù)).(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)把彈簧水平放置,與彈簧懸掛放置相比較,優(yōu)點(diǎn)在于:;缺點(diǎn)在于:.解析:(1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(舍去偏離較大的點(diǎn)),如圖所示.(2)彈簧的原長(zhǎng)l0即為彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度,由圖象可知,l0=510-2 m=5 cm.勁度系數(shù)為圖線的斜率,k=20 n/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下:次數(shù)123456彈力f/n彈簧的長(zhǎng)度l/(10-2 m)(4)優(yōu)點(diǎn)是:避免了彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響.缺點(diǎn)是:彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)誤差.答案:(1)圖見解析(2)520(3)見

14、解析(4)避免了彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)誤差2.(2019四川綿陽(yáng)診斷)如圖為某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置.讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊,彈簧不掛物體時(shí)下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度為x0,在彈簧下端用足夠長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線掛上4個(gè)相同的鉤碼(彈簧處于彈性限度內(nèi)),靜置于燒杯內(nèi)(鉤碼與燒杯底面不接觸).控制閥門s通過細(xì)膠管向燒杯中緩慢注水,依次浸沒4個(gè)鉤碼,記錄每浸沒一個(gè)鉤碼時(shí)指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x1,x2,x3,x4,已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量均為m,重力加速度為g.以xn為縱坐標(biāo),n為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系,作出xn和浸沒鉤碼個(gè)數(shù)n的關(guān)系圖線,求得圖線斜

15、率為a,縱軸截距為b,則該彈簧的勁度系數(shù)為,每個(gè)鉤碼所受浮力為.(用a,b,m,g和x0表示)解析:未注水時(shí),根據(jù)胡克定律,彈簧伸長(zhǎng)量x=,此時(shí)彈簧長(zhǎng)度為x0+,設(shè)每個(gè)鉤碼所受浮力為f,水浸沒n個(gè)鉤碼后,有k(xn-x0)=4mg-nf,彈簧長(zhǎng)度xn=x0+-,已知xn和n的關(guān)系圖線中,圖線斜率為a,縱軸截距為b,故b=x0+,a=-,聯(lián)立解得k=,f=.答案:創(chuàng)新分析實(shí)驗(yàn)原理(2019安徽黃山質(zhì)檢)以橡皮筋的長(zhǎng)度l為橫坐標(biāo),橡皮筋與豎直方向的夾角的余弦的倒數(shù)為縱坐標(biāo),受力分析,由鉤碼重力和橡皮筋的彈力關(guān)系,得到-l的圖象對(duì)應(yīng)的解析式,再根據(jù)斜率和截距求出勁度系數(shù)k和橡皮筋的原長(zhǎng)l0實(shí)驗(yàn)器材(

16、2018全國(guó)卷,22)一般刻度尺的讀數(shù)改為游標(biāo)卡尺的讀數(shù)實(shí)驗(yàn)過程(2019四川綿陽(yáng)診斷)把懸掛在彈簧底端的鉤碼沒入水中,以xn為縱坐標(biāo),n為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系,作出xn和浸沒鉤碼個(gè)數(shù)n的關(guān)系圖線,求解彈簧勁度系數(shù)和鉤碼所受浮力實(shí)驗(yàn)三驗(yàn)證力的平行四邊形定則* 注意事項(xiàng)1.位置不變同一次實(shí)驗(yàn)中橡皮條拉長(zhǎng)后的結(jié)點(diǎn)o必須保持不變.2.拉力(1)細(xì)繩應(yīng)適當(dāng)長(zhǎng)一些,便于確定力的方向.不要直接沿細(xì)繩方向畫直線,應(yīng)在相距較遠(yuǎn)處畫兩個(gè)點(diǎn).去掉細(xì)繩后,連直線確定力的方向.(2)應(yīng)盡量使橡皮條、彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)繩套位于與紙面平行的同一平面內(nèi).(3)彈簧測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)盡量大些,讀數(shù)時(shí)眼睛要正視,要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄.3

17、.作圖(1)在同一次實(shí)驗(yàn)中,選定的標(biāo)度要相同.(2)嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作平行四邊形.誤差分析(1)誤差來源:除彈簧測(cè)力計(jì)本身的誤差外,還有讀數(shù)誤差、作圖誤差等.(2)減小誤差的辦法實(shí)驗(yàn)過程中讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視彈簧測(cè)力計(jì)的刻度盤,要按有效數(shù)字位數(shù)要求和彈簧測(cè)力計(jì)的精度正確讀數(shù)和記錄.作圖時(shí)使用刻度尺,并借助于三角板,使表示兩力的對(duì)邊一定要平行. 常規(guī)實(shí)驗(yàn)例1 (2018天津卷,9)某研究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn),所用器材有:方木板一塊,白紙,量程為 5 n 的彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè),橡皮條(帶兩個(gè)較長(zhǎng)的細(xì)繩套),刻度尺,圖釘(若干個(gè)).(1)具體操作前,同學(xué)們提出了如下關(guān)于實(shí)驗(yàn)

18、操作的建議,其中正確的有.a.橡皮條應(yīng)和兩繩套夾角的角平分線在一條直線上b.重復(fù)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí),結(jié)點(diǎn)o的位置可以與前一次不同c.使用測(cè)力計(jì)時(shí),施力方向應(yīng)沿測(cè)力計(jì)軸線;讀數(shù)時(shí)視線應(yīng)正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度d.用兩個(gè)測(cè)力計(jì)互成角度拉橡皮條時(shí)的拉力必須都小于只用一個(gè)測(cè)力計(jì)時(shí)的拉力(2)該小組的同學(xué)用同一套器材做了四次實(shí)驗(yàn),白紙上留下的標(biāo)注信息有結(jié)點(diǎn)位置o、力的標(biāo)度、分力和合力的大小及表示力的作用線的點(diǎn),如下圖所示.其中對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)精度最有利的是.解析:(1)兩繩套拉力的合力不一定沿繩套夾角的角平分線,a錯(cuò)誤;同一次實(shí)驗(yàn),用一繩套拉橡皮條和用兩繩套拉橡皮條結(jié)點(diǎn)o的位置相同,不同次實(shí)驗(yàn)結(jié)點(diǎn)o的位置可以不同,b

19、正確;為減小摩擦和誤差,施力方向沿測(cè)力計(jì)軸線,讀數(shù)時(shí)視線正對(duì)測(cè)力計(jì)刻度,c正確;合力可以比分力大,也可以比分力小,d錯(cuò)誤.(2)為了提高實(shí)驗(yàn)精度,測(cè)力計(jì)讀數(shù)應(yīng)盡可能大一些,標(biāo)注細(xì)繩方向的兩點(diǎn)離結(jié)點(diǎn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)一些,標(biāo)度應(yīng)適當(dāng)選擇,使得力的圖示大一些,b正確.答案:(1)bc(2)b例2 (2017全國(guó)卷,22)某探究小組做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn),將畫有坐標(biāo)軸(橫軸為x軸,縱軸為y軸,最小刻度表示1 mm)的紙貼在水平桌面上,如圖(a)所示.將橡皮筋的一端q固定在y軸上的b點(diǎn)(位于圖示部分之外),另一端p位于y軸上的a點(diǎn)時(shí),橡皮筋處于原長(zhǎng).(1)用一只測(cè)力計(jì)將橡皮筋的p端沿y軸從a點(diǎn)拉至坐

20、標(biāo)原點(diǎn)o,此時(shí)拉力f的大小可由測(cè)力計(jì)讀出.測(cè)力計(jì)的示數(shù)如圖(b)所示,f的大小為 n.(2)撤去(1)中的拉力,橡皮筋p端回到a點(diǎn);現(xiàn)使用兩個(gè)測(cè)力計(jì)同時(shí)拉橡皮筋,再次將p端拉至o點(diǎn),此時(shí)觀察到兩個(gè)拉力分別沿圖(a)中兩條虛線所示的方向,由測(cè)力計(jì)的示數(shù)讀出兩個(gè)拉力的大小分別為f1=4.2 n和f2=5.6 n.用5 mm長(zhǎng)度的線段表示1 n的力,以o為作用點(diǎn),在圖(a)中畫出力f1,f2的圖示,然后按平行四邊形定則畫出它們的合力f合.f合的大小為 n,f合與拉力f的夾角的正切值為.若f合與拉力f的大小及方向的偏差均在實(shí)驗(yàn)所允許的誤差范圍之內(nèi),則該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了力的平行四邊形定則.解析:(1)由圖可知

21、,f的大小為4.0 n.(2)以f1,f2為鄰邊作出平行四邊形,用刻度尺量得平行四邊形對(duì)角線長(zhǎng)為20.0 mm,所以f合=1 n=4.0 n,用刻度尺量得f合偏離f方向的距離為1.0 mm,量得oc長(zhǎng)為20.0 mm.故f合與拉力f的夾角正切值為tan =0.05.答案:(1)4.0(2)見解析4.00.05數(shù)據(jù)處理時(shí)的三點(diǎn)說明(1)f1和f2的大小要根據(jù)標(biāo)度畫出.(2)應(yīng)用平行四邊形定則求合力f合時(shí),f合的大小要根據(jù)標(biāo)度和對(duì)角線的長(zhǎng)度計(jì)算得出.(3)由于在測(cè)量及作圖過程中不可避免地存在誤差,所以只要合力f合與拉力f在誤差允許范圍內(nèi)相等,即可驗(yàn)證平行四邊形定則.1.(2019湖北襄陽(yáng)聯(lián)考)某同

22、學(xué)做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)情況如圖(甲)所示,其中a為固定橡皮條的圖釘,o為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),ob與oc為細(xì)繩.圖(乙)是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的圖.(1)如果沒有操作失誤,圖(乙)中的f與f兩力中,方向一定沿ao方向的是.(2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是.a.理想實(shí)驗(yàn)法b.等效替代法c.控制變量法d.建立物理模型法(3)實(shí)驗(yàn)時(shí),主要的步驟是:a.在桌上放一塊方木板,在方木板上鋪一張白紙,用圖釘把白紙釘在方木板上;b.用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的a點(diǎn),在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩,細(xì)繩的另一端系著繩套;c.用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長(zhǎng),結(jié)點(diǎn)到達(dá)某

23、一位置o.記錄下o點(diǎn)的位置,讀出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)f1和f2;d.按選好的標(biāo)度,用鉛筆和刻度尺作出兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的拉力f1和f2的圖示,并用平行四邊形定則求出合力f;e.只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì),通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長(zhǎng),讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)f,記下細(xì)繩的方向,按同一標(biāo)度作出f的圖示;f.比較f和f的大小和方向,看它們是否相同,得出結(jié)論.上述步驟中:有重要遺漏的步驟的序號(hào)是和;遺漏的內(nèi)容分別是和.解析:(1)由一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉橡皮條至o點(diǎn)的拉力一定沿ao方向;而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力,由于誤差的存在,不一定沿ao方向,故一定沿ao方向的是f.(2)本實(shí)驗(yàn)需一個(gè)力的作用效果與兩個(gè)力的作用效果

24、相同,它們的作用效果可以等效替代,b正確.(3)根據(jù)“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的操作步驟可知,有重要遺漏的步驟的序號(hào)是c,e.在c中未記下兩條細(xì)繩的方向,e中未說明是否把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置o.答案:(1)f(2)b(3)ce記下兩條細(xì)繩的方向把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置o2.完成以下“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)的幾個(gè)主要步驟:(1)如圖(甲),用兩只彈簧測(cè)力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,使橡皮條伸長(zhǎng),記下結(jié)點(diǎn)o的位置、兩彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)f1,f2以及兩細(xì)繩套的方向.(2)如圖(乙),用一只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到,記下細(xì)繩套的方向如圖(丙)中的c,讀得彈簧測(cè)力計(jì)

25、的示數(shù)f=.(3)如圖(丙),按選定的標(biāo)度作出了f1,f2的圖示,請(qǐng)?jiān)趫D(丙)中:按同樣的標(biāo)度作出力f的圖示;按力的平行四邊形定則作出f1,f2的合力f.(4)若f與f,則平行四邊形定則得到驗(yàn)證.解析:(2)如題圖(乙),用一只彈簧測(cè)力計(jì)鉤住細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置o,記下細(xì)繩套的方向,由圖示可讀得彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)f=4.0 n.(3)作出力f的圖示如圖所示.根據(jù)力的平行四邊形定則,作出f1,f2的合力f,如圖所示.(4)若有f與f在誤差范圍內(nèi)大小相等,方向相同,則平行四邊形定則得到驗(yàn)證.答案:(2)同一位置o4.0 n(3)見解析(4)在誤差范圍內(nèi)大小相等,方向相同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例3 (2

26、019廣東深圳質(zhì)檢)某同學(xué)找到兩根一樣的輕彈簧p和q、裝有水且總質(zhì)量m=1 kg的礦泉水瓶、刻度尺、量角器和細(xì)繩等器材,設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證力的平行四邊形定則,同時(shí)測(cè)彈簧的勁度系數(shù)k.其操作如下:a.將彈簧p上端固定,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧p的長(zhǎng)度l0=12.50 cm;b.將礦泉水瓶通過細(xì)繩連接在彈簧p的下端,待礦泉水瓶靜止后用刻度尺測(cè)出此時(shí)彈簧p的長(zhǎng)度l1,如圖(甲)所示,則l1=cm;c.在細(xì)繩和彈簧q的掛鉤上涂抹少許潤(rùn)滑油,將細(xì)繩搭在掛鉤上,緩慢地拉起彈簧q,使彈簧p偏離豎直方向,夾角為60,測(cè)出彈簧q的長(zhǎng)度為l2,其軸線與豎直方向夾角為,如圖(乙)所示.(1)重力加速度g取1

27、0 m/s2,則彈簧p的勁度系數(shù)k=n/m.(2)若要驗(yàn)證力的平行四邊形定則,l2和需滿足的條件是l2=cm,=.解析:b.由圖可讀出l1=17.50 cm.(1)彈簧p的勁度系數(shù)k= n/m=200 n/m.(2)由平衡條件可知tpcos 60+tqcos =mg,tpsin 60=tqsin ,由題意可知tp=mg,聯(lián)立解得tq=mg,=60,則l2=l1=17.50 cm.答案:b.17.50(1)200(2)17.5060例4 (2019江蘇徐州調(diào)研)某同學(xué)為了驗(yàn)證力的平行四邊形定則,準(zhǔn)備了三根相同的橡皮筋、木板、重物、刻度尺、三角板、鉛筆、細(xì)繩套、白紙、釘子等器材.操作步驟如下:a.

28、把三根橡皮筋的一端系在一起,另一端分別系一個(gè)細(xì)繩套;b.將白紙固定在木板上,在木板上釘兩個(gè)釘子,將任意兩根橡皮筋上的繩套分別套在兩釘子上;c.立起木板,如圖(甲)所示,將重物掛在剩下的一個(gè)繩套上;d.記錄下三根橡皮筋的長(zhǎng)度和橡皮筋結(jié)點(diǎn)的位置o以及每個(gè)細(xì)繩的方向;e.取下白紙,利用橡皮筋的伸長(zhǎng)量大小作為拉力大小,作出力的圖示,驗(yàn)證力的平行四邊形定則;f.換用不同質(zhì)量的重物重復(fù)實(shí)驗(yàn).(1)此實(shí)驗(yàn)還需.a.測(cè)量重物的質(zhì)量b.記錄下兩個(gè)釘子的位置c.測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng)(2)某次實(shí)驗(yàn),測(cè)得三根橡皮筋的伸長(zhǎng)量及方向.把橡皮筋的伸長(zhǎng)量作為拉力大小,作出力的圖示,請(qǐng)任選兩個(gè)力,根據(jù)力的平行四邊形定則在圖(乙)上

29、作出它們的合力.(3)在(2)問作出的圖中,根據(jù)可以說明力的合成滿足平行四邊形定則.(4)如果換用不同質(zhì)量的重物再次重復(fù)該實(shí)驗(yàn),(選填“需要”或“不需要”)改變釘子的位置,使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)回到原來的位置o點(diǎn).解析:(1)實(shí)驗(yàn)中使用了三根相同的橡皮筋,故三根橡皮筋的彈力隨伸長(zhǎng)量的變化關(guān)系相同,即伸長(zhǎng)量的大小可以表示彈力的大小,故只需要測(cè)量三根橡皮筋的伸長(zhǎng)量即可,故a錯(cuò)誤;在以上步驟中已經(jīng)記錄了每條細(xì)繩的方向,不需要記錄兩個(gè)釘子的位置,故b錯(cuò)誤;本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量橡皮筋的伸長(zhǎng)量,步驟d中測(cè)量了橡皮筋懸掛重物后的長(zhǎng)度,要計(jì)算伸長(zhǎng)量,需要測(cè)量橡皮筋的原長(zhǎng),故選c.(2)根據(jù)力的平行四邊形定則作出合力,如圖所

30、示.(3)根據(jù)力的平行四邊形定則作出任意兩根橡皮筋彈力的合力,當(dāng)合力與第三根橡皮筋的彈力的大小近似相等,方向近似相反時(shí),即說明在誤差允許的范圍內(nèi)力的合成滿足平行四邊形定則.(4)因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)中把橡皮筋的伸長(zhǎng)量大小作為拉力大小作出力的圖示,驗(yàn)證力的平行四邊形定則,故換用不同質(zhì)量的重物再次重復(fù)該實(shí)驗(yàn)時(shí),不需要改變釘子的位置,也不需要使橡皮筋的結(jié)點(diǎn)回到原來的位置o點(diǎn).答案:(1)c(2)見解析圖(3)作出的合力大小與第三個(gè)力的大小近似相等,方向近似相反(4)不需要1.(2019湖南衡陽(yáng)模擬)如圖所示,某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用dis實(shí)驗(yàn)裝置研究支架上力的分解.a,b為兩個(gè)相同的雙向力傳感器,該型號(hào)傳感器在受到拉力時(shí)讀數(shù)為正,受到壓力時(shí)讀數(shù)為負(fù).a連接質(zhì)量不計(jì)的細(xì)繩,可沿固定的板做圓弧形移動(dòng).b固定不動(dòng),通過光滑鉸鏈連接長(zhǎng)0.3 m 的桿.將細(xì)繩連接在桿右端o點(diǎn)構(gòu)成支架.保持桿在水平方向,按如下步驟操作:(g取10 m/s2)測(cè)量細(xì)繩與水平桿的夾角aob=;對(duì)兩個(gè)傳感器進(jìn)行調(diào)零;用另一根繩在o點(diǎn)懸掛一個(gè)鉤碼,記錄兩個(gè)傳感器的讀數(shù);取下鉤碼,移動(dòng)傳感器a改變角.重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,得到表格.f1/n1.0010.5801.002f2/n-0.868-0.2910.86530601