24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.docx

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24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．（2012·惠州高三调研）某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系”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，挂上砝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，最后画出的图象可能是下列所示图象的哪一个（　　）

[答案]　C

[解析]　由于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，所以选C。

二、非选择题

4．（2012·徐州模拟）如图（a）所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验。

（1）为完成实验，还需要的实验器材有：

__________________；

（2）实验中需要测量（记录）的物理量有：

___________________；

（3）图（b）是弹簧所受弹力F与弹簧伸长量x的F－x图象，由此可求得弹簧的劲度系数为________N/m。

图象不过原点的原因是_______

__________________________________________________________。

[答案]　

（1）刻度尺　

（2）弹簧的原长，悬挂钩码个数以及与弹力对应的弹簧长度　（3）200N/m　没有考虑弹簧自重或在弹簧没有处于悬挂状态时测量它的原长。

[解析]　

（1）还需要刻度尺；

（2）需要测量的物理量有弹簧的原长、悬挂钩码个数以及与弹力（外力）对应的弹簧长度；

（3）根据胡克定律F＝kx，在F－x图象中，k＝

，解得k＝200N/m；图象不过原点，原因是实验中没有考虑（或忽略了）弹簧的自重或在弹簧没有处于竖直悬挂状态时测量它的原长。

5．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。

6．（2012·德州模拟）某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：

一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为h＝30.0cm且开口向下的小筒中（没有外力作用时弹簧的下端位于筒内，用测力计可以同弹簧的下端接触），如图（甲）所示，若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力F，作出F－l图象如图（乙）所示，则弹簧的劲度系数为k＝______N/m，弹簧的原长l0＝________cm。

[答案]　200　20

[解析]　根据胡克定律F与l的关系式：

F＝k（l＋h－l0）＝kl＋k（h－l0），从图象中得到直线的斜率为2N/cm，截距为20N，故弹簧的劲度系数为k＝2N/cm＝200N/m，由k（h－l0）＝20N，可得l0＝20cm。

7．

（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。

8．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图象。

（2）由此图象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。

9．某同学在做“互成角度的两个力的合成”的实验时，利用坐标纸记下了橡皮筋的结点位置O点以及两只弹簧测力计拉力的大小，如图（a）所示。

（1）试在图（a）中作出无实验误差情况下F1和F2的合力图示，并用F表示此力。

（2）有关此实验，下列叙述正确的是________。

A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大

B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D．若只增大某一只弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一只弹簧测力计拉力的大小即可

（3）图（b）所示是甲和乙两位同学在做以上实验时得到的结果，其中哪一个比较符合实验事实？

（力F′是用一只弹簧测力计拉时的图示）。

_______________________________________________________

（4）在以上比较符合实验事实的一位同学中，造成误差的主要原因是：

（至少写出两种情况）

___________________________________________________________________________________________________________________

[答案]　

（1）如图　

（2）A、C　（3）甲同学实验得到的结果　（4）见解析

[解析]　

（1）以F1、F2为邻边作平行四边形，其对角线OF即为所求的合力（如图所示）。

（2）两只弹簧测力计的拉力与橡皮筋的拉力的合力为零，它们之间不是合力与分力的关系，B项错误；结点位置不变，合力不变，当一只弹簧测力计的拉力大小改变时，另一只弹簧测力计的拉力的大小和方向必须都改变，故D项错误；正确的选项只有A、C两项。

（3）用平行四边形定则求出的合力可以与橡皮筋拉力的方向有偏差，但用一只弹簧测力计拉结点的拉力与橡皮筋拉力一定在同一直线上，故甲同学实验得到的结果符合实验事实。

（4）①F1的方向比真实方向偏左；②F2的大小比真实值偏小且方向比真实方向偏左；③作图时两虚线没有分别与F1线和F2线平行。

（任选其二）

10．“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，选用的螺旋弹簧如图甲所示。

（1）用游标尺为50分度的卡尺（测量值可准确到0.02mm）测定弹簧A处钢丝的直径的示数如图乙所示。

可知此弹簧钢丝的直径是________m。

（2）将弹簧的上端O点固定悬吊在铁架台上，旁边置一刻度尺，刻度尺的零刻线跟O点对齐，在弹簧的下部A处做一标记，如固定一个指针。

在弹簧下端的挂钩上挂上钩码时（每个钩码的质量都是50g），指针在刻度尺上指示的刻度为x。

逐个增加所挂钩码的个数，刻度x随挂钩上的钩码所受的重力F而变化，几次实验测得相应的F、x各点描绘在图中，如图丙，请在图中描绘出x随F变化的图象。

由图象得出弹簧的劲度系数kA＝________N/m（结果取2位有效数字）；此弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长Δx的关系是________。

（3）如果将指针固定在A点的下方P处，再作出x随F变化的图象，得出弹簧的劲度系数与kA相比，可能是________。

A．大于kAB．等于kA

C．小于kAD．无法确定

（4）如果将指针固定在A点的上方Q处，再作出x随F变化的图象，得出弹簧的劲度系数与kA相比，可能是________。

A．大于kAB．等于kA

C．小于kAD．无法确定

（5）一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。

下列表述正确的是________。

A．a的原长比b的短

B．a的劲度系数比b的小

C．a的劲度系数比b的大

D．测得的弹力与弹簧的长度成正比

[答案]　

（1）1.02×10－3　

（2）如图　42（41～43均可）　

F＝42Δx　（3）B　（4）A

（5）AC

[解析]　本题考查胡克定律的验证。

（1）从主尺看，整毫米数是1，游标尺上第1条刻度线与主尺上的一条刻度线重合，所以毫米以下的读数就是0.02mm，故此弹簧钢丝的直径是1.02×10－3m。

（2）描绘x随F变化的图象时，注意将尽可能多的点落到一条直线上，其余的分居在该直线两侧；由图象可以取图中一点，坐标为（9.5×0.49N,31cm），故弹簧的劲度系数为图象的斜率的倒数，即kA＝

＝

N/cm＝42N/m；则弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长Δx的关系是F＝42Δx。

（3）如果将指针固定在A点的下方P处，由于弹力大小跟弹簧形变量均没有变化，故再作出x随F变化的图象，得出的弹簧劲度系数不会发生变化，选B。

（4）如果将指针固定在A点的上方Q处，显然测得的弹簧形变量变小了，故得出的弹簧劲度系数将变大，选A。

（5）弹力与弹簧长度的图象中、弹力为0时弹簧的长度即为原长、显然a的原长比b的短；图象的斜率表示弹簧的劲度系数，则a的劲度系数比b的大；由于图象不过原点，则测得的弹力与弹簧的长度不成正比，而仅是一次函数的关系，故应选AC。