第10章　10.2探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则 Word版含答案

探究弹力和弹簧伸长的关系、验证力的平行四边形定则
[基础知识填充]
验证力的平行四边形定则
实验目的：验证力的平行四边形定则．
实验原理：如果两个互成角度的共点力F1、F2作用于橡皮条的结点上与只用一个力F′作用于橡皮条的结点上，所产生的效果相同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度)，那么，F′就是F1和F2的合力．根据平行四边形定则作出两共点力F1和F2的合力F的图示，应与F′等大同向．
实验器材：方木板一块、弹簧测力计两个、细绳两段、橡皮条一段、白纸、铅笔、刻度尺、量角器、图钉．
实验步骤
1．把橡皮条的一端固定在板上的A点．
2．用两条细绳结在橡皮条的另一端，通过细绳用两个弹簧测力计互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点(如图所示)．
3．用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数．
4．在纸上按比例作出两个力F1、F2的图示，用平行四边形定则求出合力F.
5．只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到O点位置，记下测力计的读数和细绳的方向，按同样的比例作出这个力F′的图示，比较F′与用平行四边形定则求得的合力F大小是否相等，方向是否相同．
6．改变F1和F2的夹角和大小，再做两次．
实验记录
注意事项
1．同一实验中的两只弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计钩好后对拉，若两只弹簧测力计在对拉的过程中读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止．
2．由经验可知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般不大于90°为最佳．橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦．
3．拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些．
4．作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向．
5．互成角度的两个力的合力是否发生变化，主要看橡皮条结点O的位置是否发生变化，而在每次实验中橡皮条结点O的位置是不能改变的．
误差分析
1．用两个弹簧测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个弹簧测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小．
2．结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差．
3．两个分力的起始夹角θ太大，如大于120°，应重做两次实验；为保证结点O位置不变(即保证合力不变)，则θ变化范围不大，因而弹簧测力计示数变化不显著，读数误差大．
4．作图比例不恰当造成作图误差．
实验结论：用平行四边形定则作图量出两个分力F1、F2的合力F与用一个测力计直接测出的合力F′，在误差范围内是相等的．
[学考真题对练]
1.(2019·广东学业水平考试)一个实验小组在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用了两根不同的轻质弹簧M和N，他们得到弹力与弹簧长度的关系图象如图所示，则由图可知(　　)
A．M的原长比N的长
B．M的劲度系数比N的小
C．M的劲度系数比N的大
D．弹力与弹簧长度成正比
答案：C
2．(2018·广东学业水平考试)如图所示，在“验证力的平行四边形定则”实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套．实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条．在此过程中必须注意的事项是 (　　)
A．两根细绳必须等长
B．保证两弹簧秤示数相等
C．橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上
D．在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行
D　[细线的作用是能显示出力的方向，所以不必须等长，故A错误；两弹簧秤示数不一定相等，故B错误；两细线拉橡皮条时，只要确保拉到同一点即可，不一定橡皮条要在两细线夹角的平分线上，故C错误；在拉弹簧秤时必须要求弹簧秤与木板平面平行，否则会影响力的大小，故D正确．]
3．(2017·广东学业水平考试)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，图中能正确表达弹簧弹力F与伸长量x之间关系的是(　　)
A　[弹簧弹力F与伸长量x之间关系是F＝kx，A正确．]
4．(2016·广东学业水平考试)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，两次拉伸橡皮条的结点伸长至相同位置，这样做的目的是(　　)
A．便于记录测量点
B．便于在同一位置作图
C．使两次弹簧测力计拉力的作用效果相同
D．便于对弹簧测力计读数
C　[力的作用效果一个是形变，另一个是产生加速度．使橡皮条的结点伸长至相同位置是确保两次不同的力的作用效果相等．]
5．(2014·广东学业水平考试)在探究“弹力和弹簧伸长关系”的实验中，测得弹力F与弹簧长度x的关系如图所示，图中x0表示(　　)
A．劲度系数　　　　　 B．弹簧伸长量
C．砝码质量 D．弹簧原长
D　[弹力为零时所对应的弹簧长度为弹簧的原长．]
　
1.探究弹力与弹簧伸长的关系的数据处理方法
①直接利用记录表中的数据确定弹力F与伸长量x的关系．
②作F-x图象，研究图象中的图线确定二者关系．
③实验结论：弹力与弹簧的伸长量成正比．
2．验证力的平行四边形定则的数据处理
①用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示，用平行四边形定则求出合力F.
②只用一个弹簧测力计，通过细绳把橡皮条的结点拉到同样的位置O.读出弹簧测力计的示数填入表中，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F′的图示．
③比较F′与用平行四边形定则求得的合力F的大小和方向，看它们在实验误差范围内是否相等．
[最新模拟快练]
1．(2019·江门学考模拟)由“互成角度的两个共点力的合成”实验所得的法则，不适用于下列哪些物理量的合成？(　　)
A．速度 B．加速度
C．位移 D．路程
答案：D
2．(2018·台山学考模拟)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，用两个弹簧测力计把橡皮条拉到一定长度并记下结点O后，再改用一个弹簧测力计拉时．也要把橡皮条拉到同一结点O的原因是(　　)
A．是为了确保用一只弹簧测力计和用两只弹簧测力计的作用效果相同
B．是为了确保用一只弹簧测力计和用两只弹簧测力计的作用时间相同
C．是为了确保用一只弹簧测力计和用两只弹簧测力计作用在同一物体上
D．无目的
答案：A
3．(2018·阳江学考模拟)如图所示，是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图．弹簧的劲度系数及当弹簧受F2＝800 N的拉力作用时弹簧伸长分别为(　　)
A．1 000 N/m,40 cm
B．2 000 N/m,20 cm
C．2 000 N/m,40 cm
D．1 000 N/m,20 cm
答案：C
4．(2019·学业水平考试·惠州模拟)如图所示是我们学习过的几个实验，其中研究物理问题的思想与方法相同的是(　　)
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
答案：D
5．(2018·清远学考模拟)下表是某同学为探究弹力和弹簧伸长的关系所测的几组数据：
弹力(F/N)
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
弹簧伸长长度(x/cm)
2.6
5.0
6.8
9.8
12.4
下列作出的F-x图线中合理的是(　　)
答案：B
6.(2019·云浮学测模拟)在共点力的合成实验中，如图所示，使弹簧秤b按图所示位置开始顺时针方向缓慢转动90°角，在这个过程中保持O点位置不动，a弹簧秤的拉伸方向不变，则整个过程中关于a、b弹簧秤的读数变化是(　　)
A．a增大，b减小
B．a减小，b减小
C．a减小，b先减小后增大
D．a先减小后增大
答案：C
7．(2018·揭阳学考模拟)在做“验证力的平行四边形定则”实验时，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确定的O点，以下操作中正确的是(　　)
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，然后调节另一弹簧测力计拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点
D．实验中，两个弹簧测力计之间的夹角应取90°，以便于算出合力大小
答案：B
8．(2018·韶关学考模拟)(多选)某同学在竖直悬挂的轻弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系．下表是该同学的实验数据．实验时弹力始终未超出弹性限度．实验数据见下表，则(　　)
钩码质量m/(×10－3 kg)
0
60
120
弹簧总长度L/(×10－2 m)
6.0
8.0
10.0
A.弹簧劲度系数为30 N/m
B．弹簧劲度系数为12 N/m
C．需要器材为铁架台、钩码、弹簧、刻度尺
D．需要器材为铁架台、钩码、弹簧、秒表
答案：AC