第5講 實(shí)驗(yàn)：平行四邊形定則

第5講實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系驗(yàn)證力的平行四邊形定則知識詮釋思維發(fā)散1.培養(yǎng)用所學(xué)知識探究物理規(guī)律的能力.2.探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系.3.養(yǎng)成用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的習(xí)慣.一、探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募?.如圖甲所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長,平衡時彈

簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的①重力大小相等.2.用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力作用下的伸長（二）實(shí)驗(yàn)原理量x,建立坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表

示彈簧的伸長量x,在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組

(x,F)對應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線連接起來,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得

的圖線,就可探知彈力大小與伸長量的關(guān)系.(三)實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺、②彈簧、③刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐

標(biāo)紙、重垂線.(四)實(shí)驗(yàn)步驟乙1.按圖乙安裝實(shí)驗(yàn)裝置,特別注意靠近彈簧的毫米刻度

尺要用重垂線檢查是否豎直.2.記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0.3.在彈簧下懸掛不同個數(shù)的鉤碼,并換算成重力,重力就

等于彈簧的彈力大小,并將數(shù)據(jù)依次填入表格,用F表示

彈力,l表示彈簧的總長,x表示伸長量.

1234567F/N

l/cm

x/cm

4.根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出F-x圖象(以F為縱軸,以x為橫軸)按照F-x圖中各點(diǎn)的分布與走向,嘗試作出一條平滑的

曲線(包括直線),所畫的點(diǎn)不一定正好在這條曲線上,但

要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同.嘗試寫出曲線所代

表的函數(shù),首先嘗試F-x是否為一次函數(shù),如果不行則考

慮二次函數(shù)或其他函數(shù).5.得出結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi),應(yīng)得出④彈力的大小與彈簧的

伸長量成正比,即F=kx,其中k的單位由F和x的單位決定.6.換用一根彈簧與上面的彈簧對比,在伸長量相同的情

況下,彈力大的k越大,說明“k”反映了彈簧的“勁度

”,從而充分認(rèn)識k的物理意義.(五)注意事項1.由于彈簧有一定重量,將其自然懸掛時的長度與平放

時的長度不一樣.量取L0時,應(yīng)將彈簧一端固定在鐵架

臺上的鐵夾上,讓其自然下垂,再用毫米刻度尺量得自

然狀態(tài)下的原長.2.只有在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力才與彈簧的伸長量成

正比.所以在彈簧下掛鉤碼時,注意不要使彈簧所受拉

力超過其彈性限度.3.若用作圖法研究彈簧的彈力與其伸長量的關(guān)系,由于

實(shí)驗(yàn)誤差,依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描成的點(diǎn)不會完全在一條直線

上.這時所作直線應(yīng)盡量多地通過這些點(diǎn),并使不在直

線上的點(diǎn)盡量均勻分布在所作直線的兩側(cè).明顯與其他

的點(diǎn)相差很遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去.4.如果實(shí)驗(yàn)中不用彈簧的伸長量而用彈簧的總長,得到的不是正比例函數(shù),關(guān)系較為復(fù)雜.根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?/p>

彈簧的伸長量.如果彈簧伸長量的單位用米,彈力的單

位用牛,函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)k的單位是牛每米,即N/m.二、驗(yàn)證力的平行四邊形定則(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證互成角度的兩個力合成時的⑤平行四邊形定則.(二)實(shí)驗(yàn)原理等效法:使一個力F'的作用效果和兩個力F1、F2的作用效果相同,都是使同一條一端固定的橡皮條伸長到某

點(diǎn),所以這個力F'就是那兩個力F1和F2的合力,作出力F'

的圖示,再根據(jù)平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F

的圖示,比較F和F'的大小和方向是否相同.(三)實(shí)驗(yàn)器材方木板,白紙,⑥彈簧測力計(兩只),⑦橡皮條,細(xì)繩套(兩

個),三角板,⑧刻度尺,圖釘(若干),鉛筆.(四)實(shí)驗(yàn)步驟1.用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上.2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn),橡皮條的另一端

拴上兩個細(xì)繩套.3.用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套,互成角度地拉橡皮條,

將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置O,如圖所示,記錄⑨兩彈簧秤的示

數(shù),用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時兩條細(xì)繩套的方向.4.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線,按

選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧秤的示數(shù)F1和F2的圖示,并

以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作⑩平行四邊形,過

O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線,此對角線即為合力F的圖

示.5.只用一只彈簧秤鉤住細(xì)繩套,把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到

同樣的位置O,記下彈簧秤的示數(shù)F'和細(xì)繩的方向,用刻

度尺從O點(diǎn)按選定的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧

秤的拉力F'的圖示.6.比較一下,F'與用平行四邊形定則求出的合力F的大

小和方向.7.改變

兩個力F1與F2的大小和夾角,重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次.(五)操作技巧及注意事項1.正確使用彈簧測力計(1)彈簧測力計的選取方法是:將兩只彈簧測力計調(diào)零

后互鉤水平對拉,若兩只彈簧在對拉過程中,讀數(shù)相同,

則可選;若讀數(shù)不同,應(yīng)另換,直至相同為止.(2)彈簧測力計不能在超出它的測量范圍的情況下使

用.(3)使用前要檢查指針是否指在零刻度線上,否則應(yīng)校

正零位(無法校正的要記錄下零誤差).(4)被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計軸線方向一致,拉動

時彈簧不可與外殼相碰或摩擦.(5)讀數(shù)時應(yīng)正對、平視刻度.2.實(shí)驗(yàn)注意事項(1)不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),可拴一短細(xì)繩連兩

細(xì)繩套,以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn),應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些,以便準(zhǔn)確地

記錄結(jié)點(diǎn)O的位置.(2)在同一次實(shí)驗(yàn)中,使橡皮條拉長時結(jié)點(diǎn)O的位置一定

要相同.(3)不要用老化的橡皮條,檢查方法是用一個彈簧拉橡

皮條,要反復(fù)做幾次,使橡皮條拉到相同的長度看彈簧讀數(shù)有無變化.(4)細(xì)繩套應(yīng)適當(dāng)長一些,便于確定力的方向,不要直接

沿細(xì)繩套的方向畫直線,應(yīng)在細(xì)繩套末端用鉛筆畫一個

點(diǎn),去掉細(xì)繩套后,再將所標(biāo)點(diǎn)與O點(diǎn)連成直線確定力的

方向.(5)在同一次實(shí)驗(yàn)中,畫力的圖示所選定的標(biāo)度要相同,

并且要恰當(dāng)選取標(biāo)度,使所作力的圖示稍大一些.(六)誤差分析1.彈簧秤使用前沒調(diào)零會造成系統(tǒng)誤差.2.使用中,彈簧秤的彈簧和外殼之間、指針和外殼之間

或彈簧秤外殼和紙面之間有摩擦力存在會造成系統(tǒng)誤

差.3.兩次測量拉力時,橡皮筋的結(jié)點(diǎn)O沒有拉到同一點(diǎn)會

造成偶然誤差.4.在應(yīng)用平行四邊形定則作圖時,F1、F2及合力F作圖

不準(zhǔn)確.核心突圍技能聚合一、探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系在物理學(xué)中經(jīng)常用圖象處理物理問題,應(yīng)用圖象的好處是直觀、方便.根據(jù)已知數(shù)據(jù)選擇坐標(biāo)軸的標(biāo)度是作好圖象的關(guān)鍵.作圖象的方法是：用平滑的曲線（或直線）將坐標(biāo)紙上的各點(diǎn)連接起來，若是直線，應(yīng)使各點(diǎn)均勻分布于直線上或直線兩側(cè)，偏離直線太大的點(diǎn)應(yīng)舍棄，有時可以通過改變物理量的方法，把曲線變?yōu)橹本€，使圖象更直觀.

典例1

下表是某同學(xué)為“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”所測得的幾組數(shù)據(jù).彈力F/N0.51.01.52.02.5伸長x/cm2.65.07.29.812.4(1)請你在圖甲所示的坐標(biāo)紙上作出F-x圖線.甲(2)寫出圖線所代表的函數(shù)式(x以m為單位):

.(3)寫出函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義:

.(4)若彈簧的原長為40cm,并且以彈簧的總長度L為自

變量,寫出函數(shù)表達(dá)式(以N和m為單位):

.【名師點(diǎn)金】F-x圖線應(yīng)為過原點(diǎn)的一條直線,所以作

圖時應(yīng)用直線將所描各點(diǎn)連接起來,連接時應(yīng)使盡可

能多的點(diǎn)落在這條直線上,不在這條直線上的點(diǎn)應(yīng)均

勻地分布在直線的兩側(cè).圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù).【規(guī)范全解】(1)將x軸每一小格取為1cm,y軸每一小

格取為0.25N,將各點(diǎn)描到坐標(biāo)紙上,并連成直線,如圖

乙所示.乙(2)由圖象得F=20x.`(3)函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(或壓縮)1m,其彈力增大20N.(4)函數(shù)表達(dá)式為:F=20(L-0.4).【答案】(1)如圖乙所示

(2)F=20x(3)該彈簧每伸長(或壓縮)1m,其彈力增大20N(4)F=20(L-0.4)

變式

在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,將彈簧水平放置測出其自然長度,然后豎直

懸掛讓其自然下垂,在其下端豎直向下施加外力F,實(shí)驗(yàn)

過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的.用記錄的外力F與

彈簧的形變量x作出的F-x圖線如圖所示,由圖可知彈簧

的勁度系數(shù)為

.圖線不過原點(diǎn)的原因是

.簧有自重.【答案】200N/m彈簧有自重【解析】由F=kx+C可知,圖象的斜率表示勁度系數(shù),

可求出勁度系數(shù)k=200N/m,圖象不過原點(diǎn)是因?yàn)閺?/p>

典例2

將橡皮條的一端固定在A點(diǎn),另一端拴上兩根細(xì)繩,每根細(xì)繩分別連著一個量程為5N、最

小刻度為0.1N的彈簧測力計,沿著兩個不同的方向拉

彈簧測力計.當(dāng)橡皮條的活動端拉到O點(diǎn)時,兩根細(xì)繩相

互垂直,如圖甲所示,這時彈簧測力計的讀數(shù)可從圖中

讀出.二、驗(yàn)證力的平行四邊形定則甲乙(1)由圖甲可讀得兩個相互垂直的拉力的大小分別為

N和

N(只需精確到0.1N).(2)在圖乙的方格紙上按作圖法的要求畫出這兩個力及

它們的合力.【名師點(diǎn)金】(1)讀彈簧測力計示數(shù)時,應(yīng)注意首先找

零刻度,尤其是豎直放置的那個彈簧測力計是倒置的,

它的零刻度在下方.(2)作圖時要首先定好標(biāo)度,先畫出

兩個力的圖示,再根據(jù)力的平行四邊形定則作出合力.【規(guī)范全解】從題可知,彈簧秤最小分度為0.1N,因

此,豎直向下的彈簧秤示數(shù)為2.5N,水平向右的彈簧秤示數(shù)為4.0N.【答案】(1)2.5

4.0

(2)如圖丙所示丙1.某同學(xué)利用下列器材,設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證力的平行四邊

形定則.器材:三根完全相同的輕質(zhì)彈簧(每根彈簧的兩端均接

有適當(dāng)長度的細(xì)繩套),幾個小重物,一把刻度尺,一塊三

角板,一支鉛筆,一張白紙,幾枚釘子.實(shí)驗(yàn)步驟:(1)三根彈簧對結(jié)點(diǎn)O的拉力之比F1∶F2∶F3=

.(2)若釘子位置固定,利用上述器材,改變條件再次驗(yàn)證,

可采用的辦法是

.(3)分析本實(shí)驗(yàn)的誤差來源可能是

.(寫出其中一點(diǎn)即可)【解析】(1)由胡克定律知彈簧的彈力與形變量成正

比,故三根彈簧對結(jié)點(diǎn)O的拉力之比F1∶F2∶F3=(L1-L0)

∶(L2-L0)∶(L3-L0).(2)可換不同重量的小重物進(jìn)行再實(shí)驗(yàn).(3)誤差來源可能有:①彈簧自身的重量對實(shí)驗(yàn)影響較

大;②記錄O、L0、L1、L2、L3及彈簧的方向時產(chǎn)生誤差

(或白紙未被完全固定等).【答案】(1)(L1-L0)∶(L2-L0)∶(L3-L0)(2)換不同重量的小重物(3)彈簧自身的重量對實(shí)驗(yàn)影響較大(或記錄O、L0、L1

、L2、L3及彈簧的方向時產(chǎn)生誤差,或白紙未被完全固

定等)2.在探究求合力的方法時,先將橡皮條的一端固定在水

平木板上,另一端系上帶有繩套的兩根細(xì)繩.實(shí)驗(yàn)時,需

要兩次拉伸橡皮條,一次是通過兩細(xì)繩用兩個彈簧秤互

成角度地拉橡皮條,另一次是用一個彈簧秤通過細(xì)繩拉

橡皮條.(1)實(shí)驗(yàn)對兩次拉伸橡皮條的要求中,下列哪些說法是

正確的

(填字母代號).A.將橡皮條拉伸相同長度即可B.將橡皮條沿相同方向拉到相同長度C.將彈簧秤都拉伸到相同刻度D.將橡皮條和繩的結(jié)點(diǎn)拉到相同位置(2)同學(xué)們在操作過程中有如下議論,其中對減小實(shí)驗(yàn)

誤差有益的說法是

(填字母代號).A.兩細(xì)繩必須等長B.彈簧秤、細(xì)繩、橡皮條都應(yīng)與木板平行C.用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時兩彈簧秤示數(shù)之差應(yīng)盡可

能大D.拉橡皮條的細(xì)繩要長些,標(biāo)記同一細(xì)繩方向的兩點(diǎn)要

遠(yuǎn)些【解析】(1)合力與分力為等效替代關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中力的

效果是使橡皮條發(fā)生形變,兩次橡皮條形變大小和方

向相同則效果相同,所以B、D正確.(2)實(shí)驗(yàn)中細(xì)繩的作用是用來確定彈簧秤的拉力方向,

兩繩是否等長不會影響測量結(jié)果,所以A錯誤;只有彈簧

秤、細(xì)繩、橡皮條與木板平行,才能保證兩次的效果相

同,以減小測量誤差,B正確;用兩彈簧秤同時拉細(xì)繩時,要求兩彈簧秤示數(shù)不要太大(以防合力大于彈簧秤量

程),也不要太小(減小相對誤差),對二者示數(shù)之差無特

別要求,故C錯誤;通過細(xì)繩記錄力的方向時,不可避免

地存在誤差,兩標(biāo)記點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些,可減小方向誤差,D正

確.【答案】(1)BD

(2)BD3.某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證“力的平行四

邊形定則”.彈簧測力計A掛于固定點(diǎn)P,下端用細(xì)線掛

一重物M.彈簧測力計B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn),手持另

一端向左拉,使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置.分別讀出彈簧測力

計A和B的示數(shù),并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的

位置和拉線的方向.(1)本實(shí)驗(yàn)用的彈簧測力計示數(shù)的單位為N,圖中A的示

數(shù)為

N.(2)下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是

.(請?zhí)顚戇x項對應(yīng)的字母).A.應(yīng)測量重物M所受的重力B.彈簧測力計應(yīng)在使用前校零C.拉線方向應(yīng)與木板平面平行D.改變拉力,進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要使O點(diǎn)靜止在同一

位置(3)某次實(shí)驗(yàn)中,該同學(xué)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計A的指針稍稍超

出量程,請您提出兩個解決辦法.【解析】(2)本實(shí)驗(yàn)由于重物的重力一定,只要保證結(jié)

點(diǎn)O處于靜止即可,不需要靜止在同一位置.【答案】(1)3.6(2)D(3)①改變彈簧測力計B拉力的大小;②減小重物M的質(zhì)量(或?qū)更換成較大量程的彈簧測

力計,改變彈簧測力計B拉力的方向等)4.小明同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系的探

究過程是:【猜想與假設(shè)】彈簧彈力和彈簧伸長量成正比關(guān)系.【設(shè)計與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】(1)設(shè)計如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn);(2)在彈簧下端掛上鉤碼,當(dāng)分別懸掛10g、20g鉤碼時,記下指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度;(3)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中;甲(4)整理器材,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并得出結(jié)論.【交流與評估】小明同學(xué)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中

(重力加速度g=9.8m/s2)(1)請說明小明結(jié)論錯誤的原因:

.(2)這個實(shí)驗(yàn)小明同學(xué)在【設(shè)計與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】中的設(shè)計

方案上還存在的不足之處是:

.減去彈簧的原長,另外,實(shí)驗(yàn)時應(yīng)在彈簧彈性限度內(nèi)多

做幾組實(shí)驗(yàn),才能得出規(guī)律.【答案】(1)x-m圖象的縱坐標(biāo)不是彈簧伸長量(2)以三組測量數(shù)據(jù)不能得出普遍性物理規(guī)律,實(shí)驗(yàn)方

案中應(yīng)設(shè)計多測幾組數(shù)據(jù),并換用另外的彈簧多進(jìn)行幾

次實(shí)驗(yàn)【解析】彈簧伸長量等于彈簧掛鉤碼時的實(shí)際長度基礎(chǔ)·角度·思路1.(基礎(chǔ)再現(xiàn))(6分)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”

實(shí)驗(yàn)中,以下說法正確的是

(

)A.彈簧被拉伸時,不能超過它的彈性限度B.用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于

豎直位置且處于平衡狀態(tài)C.用刻度尺測量彈簧的長度即為彈簧的伸長量D.用幾個不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得

出拉力與伸長量之比相等【解析】彈簧的伸長量是指彈簧伸長后的長度減去

彈簧的原長,故C錯誤;做實(shí)驗(yàn)時要用同一個彈簧來測

量,故D錯誤,所以正確選項為A、B.【答案】AB2.(基礎(chǔ)再現(xiàn))(6分)如圖甲所示,在“驗(yàn)證力的平行四邊

形定則”實(shí)驗(yàn)中,橡皮條一端固定于P點(diǎn),另一端連接兩

個彈簧秤,分別用力F1與F2拉兩個彈簧秤,使結(jié)點(diǎn)拉至O

點(diǎn).若要結(jié)點(diǎn)始終在O點(diǎn),但使力F2大小不變地沿順時針

轉(zhuǎn)過某一小角度,相應(yīng)的F1的大小及圖中β角的變化可

能的是

(

)甲A.增大F1的同時增大β角B.增大F1的同時保持β角不變C.增大F1的同時減小β角D.減小F1的同時減小β角【解析】以結(jié)點(diǎn)O為研究對象,結(jié)點(diǎn)O受OP的拉力F、

F1、F2三個力的作用而處于平衡狀態(tài),由于OP的拉力

F不變,因此F1、F2的合力始終不變,且恒為F,作出F2沿

順時針方向轉(zhuǎn)動某一小角度的矢量三角形,如圖乙所

示,由該圖可得出A、B、C均正確.【答案】ABC乙3.(視角拓展)(6分)某物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小F和彈簧長度L的關(guān)系如圖所示，則由圖線可知：(1)彈簧的勁度系數(shù)為

.(2)彈簧的彈力為5N時彈簧的長度為

.【解析】彈力為零時,對應(yīng)的彈簧長度就是彈簧的原

長,故彈簧原長為10cm,當(dāng)彈簧伸長5cm時彈力大小為10N,所以彈簧的勁度系數(shù)k=

=200N/m.當(dāng)彈力為5N時,彈簧的形變量x=

=2.5cm.彈簧可能處于壓縮狀態(tài),也可能處于拉伸狀態(tài),所以彈簧長度可能是7.5cm,也可能是12.5cm.【答案】(1)200N/m

(3分)(2)12.5cm或7.5cm

(3分)4.(基礎(chǔ)再現(xiàn))(10分)如圖所示,在“探究力的平行四邊

形定則”的實(shí)驗(yàn)中,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)繩另一端系

著繩套B、C(用來連接彈簧測力計).其中A為固定橡皮

筋的圖釘,O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn),OB和OC為細(xì)繩.(1)在實(shí)驗(yàn)中,如果另外用一根橡皮筋替換細(xì)繩,其他步

驟沒有改變,那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(填“會”或“不會”)發(fā)生變化.(2)本實(shí)驗(yàn)采用的科學(xué)方法是

.A.理想實(shí)驗(yàn)法

B.控制變量法C.等效替代法

D.建立物理模型法【解析】(1)橡皮筋替換細(xì)繩,所起的作用是不變的,故

不影響結(jié)果.(2)本實(shí)驗(yàn)第一次用兩個彈簧拉橡皮筋,第二次用一個

彈簧拉橡皮筋,并且拉伸到用一個位置,故是一種等效替代法.【答案】(1)不會

(6分)

(2)C

(4分)5.(基礎(chǔ)再現(xiàn))(10分)圖甲為“探究求合力的方法”的實(shí)

驗(yàn)裝置.(1)下列說法中正確的是

.A.在測量同一組數(shù)據(jù)F1、F2和合力F的過程中,橡皮條

結(jié)點(diǎn)O的位置不能變化B.彈簧測力計拉細(xì)線時,拉力方向必須豎直向下C.F1、F2和合力F的大小都不能超過彈簧測力計的量程D.為減小測量誤差,F1、F2方向間夾角應(yīng)為90°(2)彈簧測力計的指針如圖乙所示,由圖可知拉力的大

小為

N.不影響細(xì)線對O點(diǎn)的拉力方向,故B錯,實(shí)驗(yàn)中兩線夾

角只要不太大或太小都是可以的,故D錯.(2)彈簧測力計最小刻度是0.1N,讀數(shù)時可估讀到一位,

故拉力大小為4.00N.【答案】(1)AC

(5分)

(2)4.00

(5分)【解析】(1)細(xì)線通過定滑輪后,測力計拉細(xì)線的方向6.(高度提升)(10分)17世紀(jì)英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn):在

彈性限度內(nèi),彈簧的形變量與彈力成正比.這就是著名

的胡克定律.受此啟發(fā),一組同學(xué)研究“金屬線材伸長

量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下:A.有同學(xué)認(rèn)為:橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性

限度內(nèi),其伸長量與拉力成正比,與截面半徑成反比.B.他們準(zhǔn)備選用一些由同種材料制成的不同長度、不

同半徑的線材作為研究對象,用測距儀、傳感器等儀器

測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律,以驗(yàn)證假設(shè).C.通過實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù):長度伸長拉

力直徑250N500N750N1000N1mm2.52

mm0.4mm0.8mm1.2mm1.6mm2mm2.52

mm0.8mm1.6mm2.4mm3.2mm1mm3.57

mm0.2mm0.4mm0.6mm0.8mmD.同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后,對他們的假設(shè)

進(jìn)行了補(bǔ)充完善.(1)上述科學(xué)探究活動中,屬于“制定計劃”和“搜集

證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是

、

.(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確?若

有錯誤或不足,請給予修正.【解析】(1)確定研究對象、選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定

計劃”,故B屬于“制定計劃”;實(shí)驗(yàn)過程和測量數(shù)據(jù)

屬“搜集證據(jù)”,此過程對應(yīng)C.研究伸長量x與拉力F、長度L、直徑D的關(guān)系時,采用控制變量法,比如長

度、直徑不變,再研究伸長量與力的關(guān)系,這種方法稱

為控制變量法,這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個重要研究方法.(2)他們的假設(shè)不是全部正確.在彈性限度內(nèi),金屬絲的

伸長量與拉力成正比,與截面半徑的平方成反比,還與

金屬絲的長度成正比.【答案】(1)BC

(每空2分)

(2)見解析

(6分)7.(高度提升)(12分)在探究“彈簧彈力與伸長量的關(guān)系

”實(shí)驗(yàn)中,在懸掛的彈簧下面加掛鉤碼,使彈簧逐漸伸

長,得到以下數(shù)據(jù):鉤碼

個數(shù)123456彈簧

彈力F/N0.501.001.502.002.503.00彈簧

伸長x/cm1.202.413.604.796.017.19(1)由數(shù)據(jù)在如圖甲所示的坐標(biāo)系中畫出F-x圖象.甲(2)由此可得出的結(jié)論是

.(3)彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m.【解析】(1)由表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),然后使盡可能多的點(diǎn)在

連線上,如圖乙所示.(2)由(1)中所畫出的圖象可知,彈簧的伸長量與彈力成

正比.(3)由F=kx可得k=41.7N/m.乙(2)在彈性限度內(nèi),彈簧的伸長量與彈力成正比

(4分)(3)41.7

(4分)【答案】(1)如圖乙所示

(4分)8.(高度提升)(12分)某同學(xué)用如圖甲所示裝置做“探究

彈力和彈簧伸長量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).他先測出不掛砝碼時

彈簧的長度,然后下端掛上砝碼,并逐個增加砝碼,測出

指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,所得數(shù)據(jù)列表如下:(重力加速度

g=9.8m/s2)乙(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù),在如圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧

指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線.

N范圍內(nèi)彈力的大小與彈簧伸長量的關(guān)系滿足胡克

定律.這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為

N/m.(2)根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷,在

丙(2)從描點(diǎn)得到的圖象看,當(dāng)砝碼超過500g后,開始彎曲,【解析】(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn),按照各點(diǎn)的分布走向

作出如圖丙所示的圖象.即超過了彈性限度,在這之前才滿足胡克定律.F=0.5×9.8N=4.9N所以在0~4.9N內(nèi)滿足胡克定律根據(jù)圖線的物理意義需要換算單位,很麻煩,我們就以

彈力F=4.9N時,彈簧的伸長量Δx=(34.60-15.00)×10-2m得k=

=

N/m=25N/m.【答案】(1)如圖丙所示

(3分)

(2)0~4.9

(3分)

25

(6分)9.(高度提升)(12分)如圖所示,某小組同學(xué)利用DIS實(shí)驗(yàn)

裝置研究支架上力的分解,A、B為兩個相同的雙向力

傳感器,該型號傳感器在受到拉力時讀數(shù)為正,受到壓

力時讀數(shù)為負(fù),A連接質(zhì)量不計的細(xì)繩,可沿固定的板做

圓弧形移動,B固定不動,通過光滑鉸鏈連接長0.3m的

桿,將細(xì)繩連接在桿右端O點(diǎn)構(gòu)成支架,保持桿的水平方

向,按如下步驟操作:①測量繩子與水平桿的夾角∠AOB=θ②對兩個傳感器進(jìn)行調(diào)零③用另一繩在O點(diǎn)懸掛一個鉤碼,記錄兩個傳感器讀數(shù)④取下鉤碼,移動傳感器A改變θ角重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟,得到如下表格:F1/N1.0010.580…1.002…F2/N-0.868-0.291…0.865…θ30°60°…150°…(1)根據(jù)表格,A傳感器對應(yīng)表中的力

(選填“F1

”或“F2”),鉤碼質(zhì)量為

kg(保留1位有效數(shù)

字).(2)本實(shí)驗(yàn)中多次對傳感器進(jìn)行調(diào)零,對此操作說明正

確的是

(

)A.因?yàn)槭孪韧浟苏{(diào)零B.何時調(diào)零對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響C.為了消除橫桿自身重力對結(jié)果的影響D.可以完全消除實(shí)驗(yàn)的誤差【解析】(1)A傳感器中的力均為正值,故A傳感器對應(yīng)

的是表中力F1,平衡時,mg=F1sinθ,當(dāng)θ=30°時,F1=1.001

N,可求得m=0.05kg.(2)在掛鉤碼之前,對傳感器進(jìn)行調(diào)零,目的是為了消除

橫桿自身重力對結(jié)果的影響,故C正確.【答案】(1)F1

0.05

(每空4分)

(2)C

(4分)10.(能力綜合)(16分)某同學(xué)和你一起探究彈力和彈簧

伸長的關(guān)系,并測彈簧的勁度系數(shù)k.做法是先將待測彈

簧的一端固定在鐵架臺上,然后將最小刻度是毫米的刻

度尺豎直放在彈簧一側(cè),并使彈簧另一端的指針恰好落

在刻度尺上.當(dāng)彈簧自然下垂時,指針指示的刻度數(shù)值

記作L0;彈簧下端掛一個50g的砝碼時,指針指示的刻度

數(shù)值記作L1;彈簧下端掛兩個50g的砝碼時,指針指示的

刻度數(shù)值記