浙江鸭2019年高考物理二轮复习专题04实验:探究弹力和弹簧伸长的关系与验证平行四边形定则试题含解.pdf
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1、实验:探究弹力和弹簧伸长的关系与验证平行四边形定则实验:探究弹力和弹簧伸长的关系与验证平行四边形定则 探究弹力和弹簧伸长的关系 1实验原理 弹簧受到拉力作用会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等;弹簧的伸长量越大,弹力也就越大 2实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸 3实验步骤 (1)安装实验仪器(如实验原理图所示) (2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量), 列表作出记录, 要尽可能多测几组数据 (3)根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标 (4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好
2、在这条曲 线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同 (5)以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数 1实验数据处理方法 (1)列表法 将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的 (2)图象法 以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线,是一条过坐 标原点的直线 (3)函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足Fkx的关系 一本实验注意事项: 1安装实验装置:要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。 2不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超过弹簧的弹性限度。 3尽量多
3、测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。 4观察所描点的走向:不要画折线。 5统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 误差分析 二用图象法处理实验数据注意点: 图象法是一种重要的实验数据处理方法。图象具有既能描述物理规律,又能直观地反映物理过程、表示物 理量之间定性定量关系及变化趋势的优点。当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。 (1)要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数据特点正确确定坐标起点, 使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标起点可以不从零开始选择。 (2)作图线时,尽可能使直线通过较多所描的点
4、,不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若 有个别点偏离太远,则是因偶然误差太大所致,应舍去)。 (3)要注意坐标轴代表的物理量的意义,注意分析图象的斜率、截距的意义。要理解斜率和截距的意义可 以解决什么问题。 也就是说:操作不忘“三”“二”“一”操作不忘“三”“二”“一” 用两个弹簧秤拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧秤示数、两细绳方向和结点 O 的位置),用一个弹簧秤 拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧秤示数和细绳方向)及“一注意”(结点 O 的位置必须在同一位置)等。 1在做“验证力的平行四边形定则”实验时: (1)下列叙述正确的是( ) A同一次实验过程,结点的位置必须都拉到同一
5、位置 O 点,不能随意变动 B用两只弹簧测力计拉橡皮条时,应使两细绳之间的夹角总为 90,以便于算出合力的大小 C力的夹角越大越好 D必须使分力与合力在同一平面内 (2)下图所示,是两位同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果,则其中_同学 实验结果比较符合实验事实。 【答案】【答案】AD 甲 【点睛】 探究共点力合成的规律实验需要的实验器材我们可以根据这个实验的原理(画出理论值和实际值进行比较) 进行记忆,弄清楚原理自然而然的就知道那个是理论值,那个是实际值 2关于“探究求合力的方法”的实验如图所示,其中 A 为固定橡皮条的图钉,P 为橡皮条与细绳的结点, 用两把互成角度的弹簧秤
6、把结点 P 拉到位置 O (1)以下操作正确的是(_) A实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度 B同一次实验过程中,O 点的位置允许变动 C橡皮筋应与两绳夹角的平分线在同一直线上 D拉橡皮条的细绳要长一些,标记同一细绳方向的两点要远些 (2)从图可读得弹簧秤 B 的示数为_N。 (3)为了更准确得到合力与分力的关系,要采用作力的_(填“图示”或“示意图” )来表示分力与 合力。 (4)某同学在坐标纸上画出了如图所示的两个已知力 F1和 F2,图中小正方形的边长表示 2N,两力的合力 用 F 表示,F1、F2与 F 的夹角分别为 1和 2,下列关于 F1、F2、F、1、2
7、之间的关系正确的是(_) AF1=4 N BF=12 N C1=45 D12 【答案】【答案】 AD; 3.8; 图示; BC; D. 拉橡皮条的细绳长一些,标记同一细绳方向的两点要远些,这样记录的方向更准确一些,故 D 正确。 故选:AD. (2) 弹簧秤的最小刻度是 0.2N,估读到同位即可,故读数为 3.8N; (3) 为了更准确得到合力与分力的大小、 方向、 作用点之间的关系, 要采用作力的图示的来表示分力与合力。 (4) 根据平行四边形定则,作出两个力的合力如图。由图可知,F1=4N,合力 F=12N. 根据几何关系知 F1与 F 的夹角分别为 1=45.从图上可知,12.故 B.C
8、 正确,A.D 错误。 故选:BC. 3某同学做“验证力的平行四边形定则”实验的情况如下图甲所示,其中 A 为固定橡皮筋的图钉,O 为橡 皮筋与细绳的结点,OB 和 OC 为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图 (1)关于此实验的下列说法中正确的是_ A 同一次实验中,O 点位置不允许变动 B 实验中,只需记录弹簧测力计的读数和 O 点的位置 C 实验中,把橡皮筋的另一端拉到 O 点时,两个弹簧测力计之间的夹角必须取 90 D 实验中,要始终将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程,然后调节另一弹簧测力计拉力的大 小和方向,把橡皮筋另一端拉到 O 点 (2)图乙中的 F 与 F两力中,方
9、向一定沿 AO 方向的是_ (3)本实验采用的科学方法是_ A 理想实验法 B 等效替代法 C 控制变量法 D 建立物理模型法 【答案】 【答案】AFB 4在“验证力的平行四边形定则”的实验中,实验装置如图所示。 (1)部分实验步骤如下,请完成有关内容。 将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上,另一端拴上两根细绳;细绳的另一端系着绳套。 在其中一根细绳上挂上 5 个质量相等的钩码,使橡皮筋拉伸,如图甲所示;记下橡皮筋的结点的位置O、 细绳的方向和钩码个数。 将步骤中的钩码取下,分别在两根细绳上挂上 3 个和 4 个与步骤中同样的质量相等的钩码,用两光 滑定滑轮B、C使两细绳互成角度,
10、如图乙所示;调整B、C的位置,使_,记录_。 (2)如果“力的平行四边形定则”得到验证,那么图乙中 coscos=_。 【答案】【答案】橡皮筋的结点到达相同的位置O钩码的个数及对应的细线方向 43 【解析】【解析】 (1)该实验采用“等效代替”法,因此在用两个绳套拉橡皮筋时,要将橡皮筋与细线结点拉到 与步骤中结点位置重合,同时记录钩码个数和对应的细线方向 【点睛】 要围绕 “验证力的平行四边形定则” 的实验原理对实验步骤和实验中需要注意的问题进行理解, 正确理解 “等 效代替”的含义 5通过探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验,我们知道在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧 的伸长(或压缩)量
11、成正比,并且不同的弹簧,其劲度系数不同已知一根原长为、劲度系数为的长 弹簧 ,现把它截成长为 和 的B、C两段,设 段的劲度系数为、C段的劲度系数为,关于、 的大小关系,同学们做出了如下猜想. 甲同学:既然是同一根弹簧截成的两段,所以, 乙同学:弹簧越短劲度系数越大,所以, 为了验证猜想,可以通过实验来完成实验所需的器材除铁架台外,还需要的器材有_. 简要实验步骤如下,请完成相应填空 a将弹簧A悬挂在铁架台上,用刻度尺测量弹簧A的长度L0; b在弹簧A的下端挂上钩码,记下钩码的个数(如 n 个)并用刻度尺测量弹簧的长度L1; c由F=mg计算弹簧的弹力;由x = L1-L0计算出弹簧的伸长量由
12、计算弹簧的劲度系数; d改变_,重复实验步骤b、c,并求出弹簧A的劲度系数k1的平均值; e按要求将弹簧 A 剪断成B、C两段,重复实验步骤a、b、c、d。分别求出弹簧B、C的劲度系数k2、k3的 平均值。比较k1、k2、k3得到结论 图是实验得到的图线根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系?_ 【答案】【答案】刻度尺、已知质量而且质量相等的钩码 钩码的个数 同一根弹簧上截下的几段,越短的段, 劲度系数越大 6某同学做“验证力的平行四边形定则”的实验装置如图甲所示,其中 A 为固定橡皮条的图钉,O 为橡皮 条与细绳的结点,OB 与 OC 为细绳.根据实验数据在白纸上所作图如图乙所示,
13、已知实验过程中操作正确. (1) 乙图中、 、 四个力, 其中力_(填上述字母) 不是由弹簧测力计直接测得的.实验中, 要求先后两次力的作用效果相同,指的是_(填正确选项前字母). A两个弹簧测力计拉力和的大小之和等于一个弹簧测力计拉力的大小 B橡皮条沿同一方向伸长 C橡皮条伸长到同一长度 D橡皮条沿同一方向伸长同一长度 (2)丙图是测量中某一弹簧测力计的示数,读出该力大小为_N. 【答案】【答案】 (1)F; D; (2)9.0 【解析】【解析】 【点睛】 本题考查了实验数据处理与弹簧测力计读数,知道实验原理与实验数据处理方法是解题的前提与关键;对 弹簧测力计读数时要先确定其分度值,然后再根
14、据指针位置读数 1 (浙江省杭州市西湖高级中学 2018 届高三开学考)小明同学在实验室探究弹力和弹簧伸长的关系的探究 过程是: (猜想与假设)弹簧弹力和弹簧伸长成正比例关系. (设计与进行实验) 设计如图所示的实验装置进行实验; 在弹簧下端挂上钩码,当分别悬挂 10g、20g 钩码时,记下指针所指的标尺刻度; 将实验数据记录在表格中. 整理器材,进行实验数据分析并得出结论. (交流与评估) 小明同学将实验数据记录在到下表中(重力加速度 g=9.8m/s2 ) 钩码质量 m/g01020 标尺刻度 x/102m6.008.0010.00 他根据实验数据在坐标纸上用描点法画出 x-m 图像如图所
15、示,根据图像于是小明得出结论:弹簧弹力和弹簧 伸长不是正比例关系而是一次函数关系,自己先前的猜想是错误的. 请说明小明结论错误的原因:_. 这个实验小明同学在(设计与进行实验)中的设计方案上还存在的不足之处是:_. 【答案】【答案】x-m图像的纵坐标不是弹簧伸长量;以三组测量数据不能得出普遍性物理规律,实验方案中应设计 多测几组数据,并换用另外的弹簧多进行几次实验 【解析】【解析】 (1)x-m 图象的纵坐标不是弹簧伸长量,而是弹簧的总长度,所以小明的结论是错误。 (2) 该实验只测量三组数据不足以探究得出物理规律或测量数据太少, 应该多测几组数据以减小实验误差, 并换用另外的弹簧多进行几次实
16、验。 【点睛】 在“探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系”的实验中进行数据处理时,应当多测量几组数据,减小误差,注意 将物理问题与数学知识有机结合起来。 2 (浙江省选考(学考)十校联盟 2018 年 3 月适应性考试)(1)在“探究求合力的方法”实验中要用到弹 簧秤,下图弹簧秤的读数是_N; (2)此实验主要步骤如下: A在桌面上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上; B用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的另一端系着绳套; C用两个弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O,记下 O 点的位置, 读出两个弹簧
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