高考物理考前指导验证力的平行四边形定则

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 L l.

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 x n＝L n－ 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

L

L

1

L

2

L3

L

4

L

5

L

6

L

7

刻度数值/cm

1

.70

3

.40

5

.10

8

.60

1

0.3

1

2.1

37

(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)