2013年高考物理考前指导
验证力的平行四边形定则
实验目的
1 .探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系.
2 .学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法..
实验原理
1. 如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与重力大小相等.
2.用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x,建立坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与伸长量间的关系..
实验器材
轻质弹簧(一根),钩码(一盒),刻度尺,铁架台,重垂线,坐标纸,三角板.
实验步骤:
1.如图所示,将铁架台放于桌面上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为 mm )固定于铁架台上,并用检查刻度尺是否竖直.
2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度 L0 .
3.在弹簧下端挂上一个钩码,待钩码静止后,记下弹簧下端所对应的刻度Ll.
4.用上面方法,记下弹簧下端挂 2 个、 3 个、 4 个 … … 钩码时,弹簧下端所对应的刻度 L2 :、 L 3:、 L4 ……,并将所得数据记录在表格中.
5 .用 xn=Ln- L 0计算出弹簧挂 1 个、 2 个、 3 个 … … 钩码时弹簧的伸长量,并根据当地重力加速度值 g ,计算出所挂钩码的总重力,这个总重力就等于弹簧弹力的大小,将所得数据填人表格.
数据处理:
1.建立坐标系,标明横轴和纵轴所表示的物理量及单位;
2.标度:标度要适当,让所得到的图线布满整个坐标系;
3.描点:描点时要留下痕迹;
4.连线: 让尽可能多的点落在同一直线上,让其余的点落在直线的两侧,误差较大的点舍弃;
5.根据图象做出结论.
【2013高考突破】
1.某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第三条橡皮筋连接,结点为O,将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物.
(1)为完成该实验,下列操作中必需的是________.
a.测量细绳的长度
b.测量橡皮筋的原长
c.测量悬挂重物后橡皮筋的长度
d.记录悬挂重物后结点O的位置
(2)钉子位置固定,欲利用现有器材,改变条件再次验证,要采用的方法是________.
【答案】 (1)bcd (2)更换不同的小重物
2.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,下列哪些方法可减小实验误差
( )
A.使用弹簧秤拉橡皮条时不应超过其量程,且使用前要校准零点
B.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一个弹簧秤拉力的大小和方向,把橡皮条另一端拉到O点
C.实验中,把橡皮条的另一端拉到O点时,两个弹簧秤之间夹角应取90°以便于算出合力大小
D.拉橡皮条的细线要长些,标记两条细线方向要尽可能远些
【解析】 对选项B,第一个弹簧秤有可能超过量程而损坏;两个分力间的夹角只要不过大或过小就行,故选项C错;D项中可以更准确的确定拉力方向,故选AD.
【答案】 AD
3.在“验证力的平行四边形定则”实验中,需要两次拉伸橡皮条:一条是通过细绳用两个弹簧互成角度地拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条,在这两次拉伸中 ( )
A.只要求将橡皮条拉到相同的长度
B.要求将橡皮条沿相同的方向拉到相同的长度
C.将弹簧秤拉到相同的刻度
D.将橡皮条和细绳的结点拉到相同的位置
4.(6分)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中关于操作步骤先后顺序,下列说法正确的是 ( )
A.先测量原长,后竖直悬挂
B.先竖直悬挂,后测量原长
C.先后顺序对实验结果无影响
D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重
5.(6分)下列结论中正确的是 ( )
A.弹簧的弹力与弹簧的长度成正比
B.弹簧的弹力总是同弹簧的伸长量成正比
C.弹簧的弹力总是同弹簧被压缩的长度成正比
D.在弹性限度内,弹簧产生的弹力与弹簧的形变量成正比
【解析】 由实验探究得出“在弹性限度内,弹簧的弹力与其形变量成正比”.故只有D项正确.
【答案】 D
6.(6分)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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,最后画出的图线可能是下图中的哪一个 ( )
【解析】 原长的测量值小于真实值,设误差为Δl,弹簧的实际伸长量x′=x-Δl,弹力与伸长量成正比,即F=k(x-Δl).所以最后的图线是C.
【答案】 C
7.(6分)做“验证力的平行四边形定则”的实验时,在水平放置的木板上铺一张白纸,把橡皮条的一端固定在板的A点,橡皮条的另一端拴有两细绳套,如图所示,两个弹簧秤分别勾住细绳套,互成角度地拉橡皮条使之伸长.到达某一位置O时需记下________、________,描下________,再用一个弹簧秤勾住细绳套把橡皮条拉长,使结点达到位置________,再记下弹簧秤的读数________.
【答案】(1)两弹簧秤的读数 两细绳的方向 结点O的位置O点 细绳的方向(前两空的顺序可以交换)
8.(6分)下面列出的措施中,有利于改进实验结果的是 ( )
A.橡皮条弹性要好,拉到O点时拉力应适当大些
B.两个分力F1和F2间的夹角要尽量大些
C.拉橡皮条时,橡皮条、细绳和弹簧测力计平行贴近木板面
D.拉橡皮条的绳要细,而且稍长一些
【解析】拉力“适当”大些能减小误差;而夹角“尽量”大些,则使作图误差变大;橡皮条等“贴近”木板,目的是使拉线水平;绳子细长便于确定力的方向.
【答案】ACD
9.(6分)如图所示,使弹簧测力计②从图示位置开始沿顺时针方向缓慢转动,在此过程中,保持结点O的位置不变,保持弹簧测力计①的拉伸方向不变.那么,在全过程中关于弹簧测力计①、②的示数F1和F2的变化情况是 ( )
A.F1增大,F2减小
B.F1减小,F2增大
C.F1减小,F2先增大后减小
D.F1减小,F2先减小后增大
【解析】 由于结点O的位置不变,所以F1和F2合力的大小与方向均不改变,即平行四边形的对角线不变.由于弹簧测力计①的拉伸方向不变,所以,F1的方向不变,即平10.(6分)某同学在做研究弹簧的形变与外力关系的实验时,将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂,测出其自然长度;然后在其下部施加外力F,测出弹簧的总长度L,改变外力F的大小,测出几组数据,作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示.(实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的)
由图可知该弹簧的自然长度为________cm;该弹簧的劲度系数为________N/m.
【解析】 当外力F大小为零时,弹簧的长度即为原长,图线的斜率是其劲度系数.
【答案】 (1)10 (2)50
11.(6分)探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂15N重物时,弹簧长度为0.16m;悬挂20N重物时,弹簧长度为0.18m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为 ( )
A.L0=0.02m k=500N/m
B.L0=0.10m k=500N/m
C.L0=0.02m k=250N/m
D.L0=0.10m k=250N/m
【解析】 由胡克定律F=kx可得,15=k(0.16-L0),20=k(0.18-L0).解得:k=250N/m,L0=0.10m.D正确.
【答案】 D
12.(8分)利用下列器材设计实验研究三力平衡的规律.
器材:三根完全相同的轻质弹簧(每根弹簧的两端均接有适当长度的细绳套),几个小重物,一把刻度尺,一块三角板,一枝铅笔,一张白纸,几枚钉子.
(1)按下列步骤进行实验,请在横线上将步骤补充完整:
①用两枚钉子将白纸(白纸的上边沿被折叠几次)钉在竖直墙壁上,将两根弹簧一端的细绳套分别挂在两枚钉子上,另一端的细绳套与第三根弹簧一端的细绳套连接.待装置静止后,用刻度尺测出第三根弹簧两端之间的长度,记为L0;
②在第三根弹簧的另一个细绳套下面挂一个重物,待装置静止后,用铅笔在白纸上记下结点的位置O和三根弹簧的方向.用刻度尺测出第一、二、三根弹簧的长度L1、L2、L3,则三根弹簧对结点O的拉力之比为________;
③取下器材,将白纸平放在桌面上.用铅笔和刻度尺从O点沿着三根弹簧的方向画直线,按照一定的标度作出三根弹簧对结点O的拉力F1、F2、F3的图示.用平行四边形定则求出F1、F2的合力F.
④测量发现F与F3在同一直线上,大小接近相等,则实验结论为:________;
(2)若钉子位置固定,利用上述器材,改变条件再次验证,可采用的办法是__________;
(3)分析本实验的误差来源,写出其中两点:__________;__________.
13.(8分)做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度L0;
C.将铁架台固定于桌子上(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重),并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺;
D.依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码;
E.以弹簧伸长为自变量,写出弹力与伸长的关系式.首先尝试写成一次函数,如果不行则考虑二次函数;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器.
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:________.
【答案】 C、B、D、A、E、F、G
14.(9分)为了探求弹簧弹力F和弹簧伸长量x的关系.李强同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示的图象.从图象上看,该同学没有完全按实验要求做,使图象上端成为曲线,图象上端成为曲线是因为________.这两根弹簧的劲度系数分别为:甲弹簧为________N/m,乙弹簧为________N/m.若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧________(填“甲”或“乙”).
15.(9分)某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0,弹簧下端挂一个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L7.
(1)下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是________和________.
测量记录表:
代表符号 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7
刻度数值/cm 1.70 3.40 5.10 8.60 10.3 12.1
(2)实验中,L3和L7两个值还没有测定,请你根据下图将这两个测量值填入记录表中.
(3)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:
d1=L4-L0=6.90cm,d2=L5-L1=6.90cm,d3=L6-L2=7.00cm.
请你给出第四个差值:d4=________cm=________cm.
(4)根据以上差值,可以求出每增加50g砝码时弹簧的平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为:ΔL=________,代入数据解得ΔL=________cm.
(5)计算弹簧的劲度系数k=________N/m.(g取9.8m/s2)