主題二“彈簧、橡皮條”類(lèi)實(shí)驗(yàn)

主題二

“彈簧、橡皮條”類(lèi)實(shí)驗(yàn)主題精要?dú)w納

1．探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系(1)實(shí)驗(yàn)中不能掛過(guò)多的鉤碼，防止彈簧超過(guò)彈性限度。(2)畫(huà)圖像時(shí)，不要連成“折線(xiàn)”，而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點(diǎn)落在直線(xiàn)上或均勻分布在直線(xiàn)兩側(cè)。2．探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律(1)每次拉伸結(jié)點(diǎn)位置O必須保持不變。(2)記下每次各力的大小和方向。(3)畫(huà)力的圖示時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度。實(shí)驗(yàn)(一)測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)1．(2023·赤峰高三模擬)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)。其中支架帶有游標(biāo)卡尺，游標(biāo)卡尺(帶固定的指針)主尺通過(guò)支架水平固定。一彈簧穿在細(xì)桿上，左端固定，右端與細(xì)繩連接，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，其下端可以懸掛若干質(zhì)量均為50g的鉤碼。彈簧右端連有一豎直指針，所在位置可通過(guò)游標(biāo)卡尺讀出。實(shí)驗(yàn)步驟如下：[逐點(diǎn)驗(yàn)收評(píng)價(jià)](1)在繩下端懸掛一個(gè)鉤碼，調(diào)整滑輪，使彈簧與滑輪間的細(xì)繩水平且彈簧與細(xì)桿沒(méi)有接觸，調(diào)整游標(biāo)卡尺，使指針與彈簧右端指針對(duì)齊。游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖乙所示，為_(kāi)_______mm。(2)逐次增加鉤碼個(gè)數(shù)，并重復(fù)步驟(1)(保持彈簧在彈性限度內(nèi))。(3)用n表示鉤碼的個(gè)數(shù)，L表示相應(yīng)的指針位置，將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)。n12345m/g50100150200250重力G/N0.490.981.471.962.45L/mm

73.583.293.1102.9(4)根據(jù)上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖丙中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并作出F-L圖像，得彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)解析：(1)游標(biāo)卡尺主尺讀數(shù)為63mm，游標(biāo)尺讀數(shù)為7×0.1mm＝0.7mm，則游標(biāo)卡尺讀數(shù)為63.7mm。答案：(1)63.7

(4)見(jiàn)解析圖50[細(xì)節(jié)提醒](1)彈簧水平放置，可以消除彈簧重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。(2)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)并不表示彈簧的伸長(zhǎng)量，但F-L圖線(xiàn)的斜率仍為彈簧的勁度系數(shù)大小。

2．(2023·銀川高三模擬)如圖甲所示，有兩條長(zhǎng)度不同的彈性繩都遵循胡克定律。兩繩上端固定在同一位置，下端系在一個(gè)輕質(zhì)鉤上，不纏繞時(shí)繩1的長(zhǎng)度比繩2的短，繩1自然伸長(zhǎng)時(shí)，繩2處于松弛狀態(tài)。每個(gè)鉤碼質(zhì)量為100g，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.8m/s2?，F(xiàn)測(cè)量這兩條彈性繩的勁度系數(shù)，進(jìn)行以下操作：實(shí)驗(yàn)(二)測(cè)量彈性繩的勁度系數(shù)①測(cè)量繩1自然伸長(zhǎng)時(shí)的長(zhǎng)度L10＝20.00cm；②下端逐個(gè)加掛鉤碼，測(cè)量繩1的長(zhǎng)度L，并記錄對(duì)應(yīng)鉤碼數(shù)量n，兩條彈性繩一直處于彈性限度內(nèi)；③在坐標(biāo)紙上建立坐標(biāo)系，以L為縱軸，以所掛鉤碼數(shù)量n為橫軸，描出部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖乙所示；④根據(jù)圖像求出彈性繩1、2的勁度系數(shù)k1、k2。(1)加掛第________個(gè)鉤碼，彈性繩2開(kāi)始繃緊；(2)彈性繩1、2的勁度系數(shù)分別為k1＝________N/m，k2＝________N/m。(均保留1位小數(shù))解析：(1)彈性繩2繃緊前，根據(jù)胡克定律有nmg＝k1(L－L10)，彈性繩2繃緊后，同理有nmg＝k1(L－L10)＋k2(L－L20)＝(k1＋k2)L－k1L10－k2L20，比較以上兩式可知，彈性繩2繃緊前相鄰兩數(shù)據(jù)點(diǎn)連線(xiàn)的斜率應(yīng)比繃緊后大，由題圖乙可知加掛第2個(gè)鉤碼，彈性繩2開(kāi)始繃緊。答案：(1)2

(2)2.5

17.13．(2023·全國(guó)乙卷)在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中使用的器材有：木板、白紙、兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮條、輕質(zhì)小圓環(huán)、刻度尺、鉛筆、細(xì)線(xiàn)和圖釘若干。完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：①用圖釘將白紙固定在水平木板上。實(shí)驗(yàn)(三)驗(yàn)證力的平行四邊形定則②將橡皮條的一端固定在木板上，另一端系在輕質(zhì)小圓環(huán)上。將兩細(xì)線(xiàn)也系在小圓環(huán)上，它們的另一端均掛上測(cè)力計(jì)。用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，并________。(多選，填正確答案標(biāo)號(hào))A．用刻度尺量出橡皮條的長(zhǎng)度B．用刻度尺量出兩細(xì)線(xiàn)的長(zhǎng)度C．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置D．用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線(xiàn)的方向③撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到________，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線(xiàn)標(biāo)記此時(shí)F的方向。④選擇合適標(biāo)度，由步驟②的結(jié)果在白紙上根據(jù)力的平行四邊形定則作F1和F2的合成圖，得出合力F′的大小和方向；按同一標(biāo)度在白紙上畫(huà)出力F的圖示。⑤比較F′和F的________，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。解析：②用互成一定角度、方向平行于木板、大小適當(dāng)?shù)牧瓌?dòng)兩個(gè)測(cè)力計(jì)，小圓環(huán)停止時(shí)由兩個(gè)測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到兩拉力F1和F2的大小，還需要用鉛筆在白紙上標(biāo)記出小圓環(huán)的位置以及用鉛筆在白紙上標(biāo)記出兩細(xì)線(xiàn)的方向。故選C、D。③撤掉一個(gè)測(cè)力計(jì)，用另一個(gè)測(cè)力計(jì)把小圓環(huán)拉到標(biāo)記位置，由測(cè)力計(jì)的示數(shù)得到拉力F的大小，沿細(xì)線(xiàn)標(biāo)記此時(shí)F的方向。⑤比較F′和F的大小和方向，從而判斷本次實(shí)驗(yàn)是否驗(yàn)證了力的平行四邊形定則。答案：②CD③標(biāo)記位置⑤大小和方向4．在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)中，有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細(xì)繩套和一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，某同學(xué)另找來(lái)一根彈簧，先測(cè)量其勁度系數(shù)。他通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到如圖甲所示的彈力大小F與彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系圖像，由此圖像求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(保留2位有效數(shù)字)。(2)某次實(shí)驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置如圖乙所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______N；同時(shí)利用上一問(wèn)中的結(jié)果獲得彈簧上的彈力為2.50N，請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫(huà)出這兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F合，由圖得到F合＝________N(保留3位有效數(shù)字)。(3)已知OB與OC的夾角略大于90°，若保持結(jié)點(diǎn)O的位置及OC方向不變，而將彈簧OB順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度，其他操作均正確，則________。A．彈簧的長(zhǎng)度可能先變長(zhǎng)后變短B．彈簧的長(zhǎng)度可能先變短后變長(zhǎng)C．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)一直增大D．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)可能先減小后增大(2)此題中彈簧測(cè)力計(jì)的最小刻度是0.1N，需要估讀到最小刻度的下一位，即要估讀到0.01N，因此彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為1.90N；選定一個(gè)標(biāo)度，先作出兩個(gè)分力的力的圖示，再以?xún)煞至檫?，利用三角板作出平行四邊形，如圖(a)所示。量出經(jīng)過(guò)兩分力起點(diǎn)的對(duì)角線(xiàn)的長(zhǎng)度，根據(jù)標(biāo)度可計(jì)算出合力大小約為3.00N。(3)畫(huà)力的矢量三角形，如圖(b)所示，動(dòng)態(tài)分析如下：由于O點(diǎn)位置保持不變，合力的大小方向均不變，OC方向不變，OB順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度，由圖可知彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)變大，彈簧的彈力也變大，所以彈簧的長(zhǎng)度一直在變長(zhǎng)，故C正確。答案：(1)55(54～56均可)

(2)1.90(