弹簧力的平行四边形实验

1、实验3:探究弹力与弹簧伸长量的关系【例1】以下是某同学所进行的“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验步骤 将一个弹簧的上端固定在铁架台上，竖直悬挂起来，在弹簧下挂一个钩码，记下钩码的质量 m,此时弹簧平衡时，弹力大小为Fi=mg,并用刻度尺测量岀此时弹簧的长度Li,并记录到表格中. 再增加钩码，重复上述的操作，逐渐增加钩码的重力，得到多组数据. 以力F为纵坐标，以弹簧的长度Lx为横坐标，根据所测的数据在坐标纸上描点. 按坐标纸上所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线（包括直线）. 根据图线的特点，分析弹簧的弹力F与弹簧长度Lx的关系，并得岀实验结论.以上步骤有3处不合理，请将不合理的地方找岀来

2、并进行修正.答案 以上步骤中第、步不合理.第步还应该测出弹簧的原长 L0;第步在增加砝码 时要取下砝码，看弹簧是否能恢复原长；第步，应该以弹簧的形变量为横坐标 ，因为探究的是 弹力和弹簧伸长量的关系.【例2】某同学用如图实所示装置做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验 .他先测岀不挂砝码时弹 簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测岀指针所指的标尺 刻度，所得数据列表如下：（重力加速度g=9.8 m/s 2砝码质量m/102 g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度-2x/10 m15.0018.9422.8226.7830.6634.604

3、2.0054.50（1）根据所测数据，在图上作岀弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律.这种规格的弹簧劲度系数为N/m.答案(2) 0 490 g 25例 3】下表是某同学为探究弹簧弹力和伸长量的关系所测的几组数据弹力F/N0.51.01.52.02.5伸长量x/cm2.305.086.899.8012.40(1)请你在下图实的坐标纸上作出F-x图线.(2) 写出曲线所代表的函数式.(3) 解释函数表达式中常量的物理意义. 若弹簧的原长为40 cm,并且以弹簧的总长为自变量，请你写出它的函数式 答案(1)

4、如下图所示f74*r-'H214jdO5Q 5 0 5 O3.2.21.LO,(2)F=20x+0.04 (3)劲度系数F=20L x-7.96【例4】用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长，十七世纪英国物理学家胡克发现：金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律.这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础.现有一根用新材料制成的金属杆，长为4 m,横截面积为0.8 cm 2,设计要求它受到拉力后的伸长 不超过原长的1/1 000,问最大拉力多大？由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，选用同种材料制 成样品进行测试，通过测试取得数据如下：长度250

5、 X500 N750 N000 N1 m0, 05 cm110. 04 cm0T OS cm1 2 cm0* 1 cm2 m0* 050. 08 cm0. 16 cm0. 24 cm0, 32 cm1 m0. 10 cm20, 02 cm0* 04 cm0* 06 cm0* OS cm(1) 测得结果表明线材受拉力作用后，其伸长与材料的长度成,与材料的截面积成.(2) 上述金属细杆承受的最大拉力为N.答案(1)正比反比(2)10 4【例5】某同学为了研究弹簧的弹性势能Ep跟弹簧的形变量x之间的关系，设计了这样一个实验：在固定于地面的光滑的桌面上靠近桌边处 ，将弹簧的一端固定，用一只小球压缩弹簧

6、，然后释放小球弹岀，小球弹岀 后刚好离开桌面做平抛运动，测岀弹簧的压缩量 x,求岀小球被弹岀时的速度，算岀对应的动能 丘(认为等 于弹簧的弹性势能),从而研究 Ep和x间的函数关系.该实验中除上述器材外还需的测量仪器 有:,必须测量的物理量有答案刻度尺、天平水平距离I、桌面的高度h、弹簧的形变量X、小球的质量 m跟踪训练1. 某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测岀弹簧的原长I。,再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测岀弹簧伸长后的长度I,把1-1 0作为弹簧的伸长量x.这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画岀的图线可能是下图中的哪一个BCD

7、答案C2. 在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中关于操作步骤的先后顺序，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答案BD3. “探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，选用的螺旋弹簧如下图甲所示L -0二二一二二(?2520 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，在弹簧的下端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(每个钩码的质量都是50 g),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

8、的重量 F而变化，几次实验测得 相应的F、x各点已描绘在上图乙中.由图象得出弹簧的劲度系数kA=N/m.(结果取两位有效数字);此弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长量.：x的关系是(2)如果将指针固定在()A.大于kAB.A点的下方P处，再作岀x随F变化的图象，得岀弹簧的劲度系数与kA相比，可能是等于kAC.小于kAD.无法确定(3)如果将指针固定在()A.大于kAB.答案(1)42(± 2) FA点的上方Q处，再作出x随F变化的图象，得岀弹簧的劲度系数与kA相比，可能是等于kA弹=42 二 xC.小于kAD.(2) B (3)A无法确定4.如下图实所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一

9、端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码旁边附有一竖直刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应的刻度线如图中的ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应的刻度线如图中的虚线cd所示.已知每个钩码质量均为50 g，重力加速度g=9.8 m/s 2则被测弹簧的劲度系数为N/m.答案705. 某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，组成了如图实所示的装置，所用的每个钩码的质量都是30 g.他先测岀不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端每次都测岀相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中.(弹簧认为是轻弹簧，弹力始终未超出弹性限度，取g=10 m/s2)砝码质量(g)030

10、6090120150弹簧总长(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小(N)68 10 )Tx/1Q(1)试根据这些实验数据在下图实给定的坐标纸上作岀弹簧所受弹力大小跟弹簧总长之间的函数关系的图 线.(2)该图线跟横轴的交点表示的物理意义是 (3)该弹簧的劲度系数k是 .答案$ 10(2)弹簧的原长(3)25.9 N/m6. ( 2009 兰州模拟)用纳米技术处理过的材料叫纳米材料，其性质与处理前相比会发生很多变化性能会成倍地增加，对光的反射能力会变得很低，熔点会大大地降低，甚至有特殊的磁性质. 现有一纳米合金丝，欲测岀其伸长量x与所受到的拉力F、长度L、截面直径D的

11、关系.(1) 测量上述物理量需要的主要器材是：、等.(2) 若实验中测量的数据如下表，根据这些数据请写出x与F、L、D间的关系式:x=.(到比例系数，可用k表示)长度长度L- cm50. 0100.0200.05.000.0400. 200. 400.8010, 000t 0400, 400. 80L 605. 000t OSO0. 100. 200+ 40(3) 在研究并得到上述关系的过程中，主要运用的科学研究方法是(只需写岀一种).(4) 若有一根合金丝的长度为20 cm,截面直径为0.200 mm使用中要求其伸长量不能超过原长的百分之一那么这根合金丝能承受的最大拉力为N.答案(1)弹簧测

12、力计刻度尺螺旋测微器(2)x=D(3)控制变量法(4)62.5实验4:验证力的平行四边形定则典例剖析【例1】如下图实所示是甲、乙两名同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验时得到的结果.若按实验中要求的符号表示各个力，则可判定其中哪一个实验结果是尊重实验事实的？甲乙答案甲【例2】在两个共点力的合成实验中，如右图实所示，用A、B两个测力计拉橡皮条的结点D,使其位于E处，；.：； =90° ,然后保持A的读数不变，当角：由图示位置逐渐减小时，欲使结点 仍在E处，可采用的方法是()A. 增大B的读数，减小一：B.减小B的读数，减小加角C.减小B的读数，增大，角D.增大B的读数，增大卜角答案

13、B【例3】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. 两个分力Fi、F2间的夹角要尽量大些B. 两个分力Fi、F2的大小要尽量大些C. 拉橡皮条的细绳要稍长些D. 实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度答案BCD【例4】在“验证力的平行四边形定则”实验中，除了供给其他各个必要的器材外 ，只给了一个弹簧秤.能否做好本实验？如能，请简要说明如何操作？答案 可以.在固定好白纸和橡皮条以后，用弹簧秤拉一个细绳、用手拉另一个细绳(两绳间有一不为零的 夹角),把细绳和橡皮条的结点拉至某一位置0.记下位置O两条细绳的方向、弹簧秤的示数Fl.然后用弹簧秤拉另一条

14、细绳，用手拉前一次弹簧秤拉的那条细绳，使结点仍然到达位置 0.同时使两细绳和前一次拉动时画下的两条直线重合，记下此时弹簧秤的示数F2.以Fi、F2为邻边作平行四边形，求岀合力的理论值F.上述操作完成的实验内容，相当于用两个弹簧秤同时拉动橡皮条所完成的实验内容，其他实验步骤和有两个弹簧情况下的实验完全相同.不过，按照此种方法操作，会带来新的实验误差，原因是在第二次拉动橡皮条时，要想在结点到达位置 0的同时，两根细绳和前一次拉动时画下的直线完全重合是不可能的，一定会有偏差【例5】请不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来验 证平行四边形法则.答案仅用橡皮条

15、也可验证平行四边形定则，其步骤、方法如下：(1)将三条橡皮条的一端都拴在一个图钉0上，将这三条橡皮条的另一端分别再拴一个图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上，如右图所示. 用直尺测出橡皮条的自由长度Lo,注意从图钉脚之间测起.(3)将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条 C，即使三条橡皮条互成角度拉伸，待节点处的图钉 0静止时，钉下C图钉，并记录图钉0的位置(注意此时0图钉 不能钉)记录图钉A B、C的位置.(此时图钉有孔，不需铅笔)测出这三条橡皮条的长度Li、L2、L3,分别算出它们的伸长量Xl = Ll-L0,X2 = L2-L0,X3 = L3-L0.(5)

16、 将Xi、X2、X3按一定比例图示出来，以X、X2为邻边作平行四边形，求出其对角线0C .比较0C与0C 的长度(即X3的长度),如果相等，且在一条直线上，则达到目的.若0C与0C有一微小夹角,则有误差 (如上图所示).本实验是根据图钉 0受到三个平面共点力而静止.任意两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原 理. 跟踪训练 一1. 实验中所说的合力与两分力具有相同 的效果，是指下列说法中的()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的形变C. 细绳套受拉力产生形变D. 使橡皮条在某一方向上伸长某一长度答案D2. 在“验证力的平行四边形定则”的实验中，需要两次拉伸橡皮条：

17、一次是通过细绳用两个弹簧秤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答案BD3. 在做“互成角度的两个力的合成”实验时 ，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉 到 某一确 定 的 0 点，以 下 操 作 中 错 误 的 是A. 同一次实验过程中，0点位置允许变动B. 实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度C. 实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向把橡皮条另一端拉到 0点D. 实验中，把橡皮条的另一端拉到 0点时，两弹簧秤之间夹角应取 90° ,以便于算岀合力的大小 答案ACD4. 在验证力的平行四边形定则的实验中，使b弹簧秤按右图所示位置开始顺时针缓慢转动，在这过程中保持0点位置不变和a弹簧秤的拉伸方向不变，则在整个过程中关于a、b弹簧秤的读数变化是A.a增大,b减小C.a减小,b先增大后减小 答案D5. 将橡皮筋的一端固定在A点,另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5 N最小刻度为0