2-4实验(一)探究弹力与弹簧伸长量的关系 实验(二)验证力的平行四边形定则
一、选择题
1．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，如何保证刻度尺竖直( )
A．使用三角板 B．使用重垂线
C．目测 D．不用检查
[答案] B
[解析] 使用重垂线可保证刻度尺竖直，故B正确．A、C不准确，不合题意，D是错误的．
2．(2011·太原模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力的作用效果相同，这里作用效果是指( )
A．弹簧测力计的弹簧被拉长
B．固定橡皮条的图钉受拉力产生形变
C．细绳套受拉力产生形变
D．使橡皮条在同一方向上伸长到同一长度
[答案] D
[解析] 合力与分力之间是等效替代关系，所以在实验中的作用效果相同是指橡皮条的伸长量相同且伸长到同一位置，故D正确，A、B、C错误．
3．(2011·山师附中模拟)在“探究力的等效和替代的平行四边形定则”的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一位置O点，以下操作中错误的有( )
A．同一次实验中，O点位置允许变动
B．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度
C．实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计的拉力的大小和方向，把橡皮条的结点拉到O点
D．实验中，把橡皮条的结点拉到O点时，两弹簧测力计之间的夹角应取90°不变，以便于算出合力的大小
[答案] ACD
[解析] 实验中合力的大小须保持不变，即O点位置不允许变动，选项A错误；选项C中的操作，可能会超过另一弹簧测力计的弹性限度，因而错误；本实验是在力的作用效果相同下，两弹簧测力计之间的夹角是任意夹角时，通过弹簧测力计示数获得合力而非通过平行四边形定则计算，选项D错误．
4．如图(甲)所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如图(乙)所示．则下列判断正确的是( )
A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比
C．该弹簧的劲度系数是200N/m
D．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变
[答案] BCD
[解析] 由图知，F－x是一个过原点的直线，k＝N/m＝200N/m，可知A错，BCD正确．
二、非选择题
5．(2011·合肥模拟)在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的．用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F－x图线如图所示，由图可知弹簧的劲度系数为________．图线不过原点的原因是由于________．
[答案] 200N/m 弹簧有自重(本题答案合理即可)
[解析] ①由图象知弹簧的劲度系数
k＝＝N/cm＝200N/m.
②实验中应把弹簧悬挂起来，让其自然下垂，再测原长，消除弹簧重力的影响，故图线不过原点的原因是弹簧有重力．
6．橡皮条的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计．沿着两个不同的方向拉弹簧测力计．当橡皮条的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出．
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为________N和________N．(要求读到0.1N)
(2)在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．
[答案] (1)4.0 2.5 (2)见解析图
[解析] 读弹簧秤示数时，应注意首先找零刻度线，尤其是竖直放置的那个弹簧秤，它的读数是2.5N(而不是3.5N)，水平放置的弹簧秤读数是4.0N.
7．(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，以下说法正确的是( )
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L－L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出图线可能是下图中的( )
[答案] (1)AB (2)C
[解析] (1)本实验中以需要研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目，以改变对弹簧的拉力，来探究弹力与弹簧伸长量的关系，所以A、B正确．
(2)考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x≠0，所以C正确．
8．(1)某实验小组在《互成角度的两个共点力的合成》实验中，做好实验准备后，先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O，此时他们需要记录的是________、________和________，接着用一个弹簧秤拉橡皮条，要特别注意的是____________________．
(2)图甲为“探究求合力的方法”的实验装置
①下列说法中正确的是________．
A．在测量同一组数据F1、F2和合力F的过程中，橡皮条结点O的位置不能变化
B．弹簧测力计拉细线时，拉力方向必须竖直向下
C．F1、F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程
D．为减小测量误差，F1、F2方向间夹角应为90°
②弹簧测力计的指示如图乙所示，由图可知拉力的大小为________N.
(3)在实验中，如果只将细绳换成橡皮筋，其他步骤没有改变，那么实验结果是否会发生变化？
答：________.(选填“变”或“不变”)
[答案] (1)O点的位置 两弹簧秤的读数 两细绳套的方向 一定要将橡皮条拉至O点 (2)①AC ②4.00 (3)不变
[解析] 本实验题运用等效方法，用两个弹簧秤和用一个弹簧秤拉橡皮条的效果要相同．本实验装置中，弹簧测力计拉细线时，拉力方向不一定要竖直向下，为减小测量误差，F1、F2方向间夹角不一定为90°，太大或太小都不适宜．
9.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示．所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，请作出F－L图线．
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.
(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)
(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．
优点在于：____________________________________________.
缺点在于：____________________________________________.
[答案] (1)见解析 (2)5 20 (3)(4)见解析
[解析] (1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示：
(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－2m＝5cm.
劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20N/m.
(3)记录数据的表格如下表：
次数
1
2
3
4
5
6
弹力F/N
弹簧的长度
L/×10－2m
(4)优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；
缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差．
10．在“验证力的平行四边形定则”实验中：
(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：
A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．
B．在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：________、________、________.
C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使__________________，记录_________ _______．
(2)如果“验证力的平行四边形定则”得到验证，那么图乙中＝________.
[答案] (1)B步骤：钩码个数(或细线拉力) 橡皮筋与细线结点的位置O 细线的方向(说明：能反映细线方向的其他记录也可以)
C步骤：橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合 钩码个数和对应的细线方向
(2)
[解析] (2)竖直方向：4mgsinα＋3mgsinβ＝5mg；水平方向，4mgcosα＝3mgcosβ
＝.
11．(2011·南京模拟)17世纪英国物理学家胡克发现：在弹性限度内，弹簧的形变量与弹力成正比，这就是著名的胡克定律．受此启发，一学习小组同学研究“金属线材伸长量与拉力的关系”的探究过程如下：
A．有同学认为：横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内，其伸长量与拉力成正比，与截面半径成反比．
B．他们准备选用一些“由同种材料制成的不同长度、不同半径的线材”作为研究对象，用测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律，以验证假设．
C．通过实验取得如下数据：
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后，对他们的假设进行了补充完善．
(1)上述科学探究活动中，属于“制定计划”和“搜集证据”的环节分别是________、________.
(2)请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确？若有错误或不足，请给予修正．
[答案] (1)B C (2)他们的假设不是全部正确．在弹性限度内，金属丝(杆)的伸长量与拉力成正比，与截面半径的平方成反比，还与金属丝(杆)的长度成正比
[解析] 确定研究对象 ，选取实验器材属“制定计划”；实验过程和测量数据属“搜集证据”．研究伸长量x与拉力F、长度L、直径D的关系时，采用控制变量法，比如长度、直径不变，再研究伸长量与力的关系，这种方法称为控制变量法．这是物理实验中的一个重要研究方法．
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