湖北省浠水县洗马高级中学高二物理《第11讲　本单元实验》导学案

1 第第 1111 讲讲 本单元实验本单元实验 基础热身 1 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 用直尺测出弹簧的原长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 线可能是图 K11 1 中的 A B C D 图 K11 1 2 在探究力的合成的实验中 橡皮条的一端固定在P点 另一端被A B两只弹簧测力 计拉伸至O点 F1 F2分别表示A B两只弹簧测力计的读数 如图 K11 2 所示 使弹簧测 力计B从图示位置开始顺时针缓慢转动 在这过程中保持O点和弹簧测力计A的拉伸方向不 变 则在整个过程中两弹簧测力计的读数F1 F2的变化是 A F1减小 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 图 K11 2 图 K11 3 3 图 K11 3 是甲 乙两位同学在 验证力的平行四边形定则 实验中所得到的实验结 果 若用F表示两个分力F1 F2的合力 用F 表示F1和F2的等效力 则可以判断 选填 甲 或 乙 同学的实验结果是尊重事实的 4 17 世纪英国物理学家胡克发现 在弹性限度内 弹簧的形变量与弹力成正比 这就 是著名的胡克定律 受此启发 一学习小组同学研究 金属线材伸长量与拉力的关系 的探 究过程如下 有同学认为 横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内 其伸长量与拉力成正比 与截面半径成反比 他们准备选用一些 由同种材料制成的不同长度 不同半径的线材 作为研究对象 用测距仪 传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律 以验证假设 通过实验取得如下数据 长度 拉力 2 伸长 直径 250 N500 N750 N1000 N 1 m2 52 mm0 4 mm0 8 mm1 2 mm1 6 mm 2 m2 52 mm0 8 mm1 6 mm2 4 mm3 2 mm 1 m3 57 mm0 2 mm0 4 mm0 6 mm0 8 mm 同学们对实验数据进行分析 归纳后 对他们的假设进行了补充完善 1 上述科学探究活动中 属于 制定计划 和 搜集证据 的环节分别是 2 请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确 若有错误或不足 请给予修正 技能强化 5 在 验证力的平行四边形定则 的实验中 其中的三个实验步骤如下 在水平放置的木板上垫一张白纸 把橡皮条的一端固定在木板上 另一端拴两根细线 通过细线同时用两个测力计互成角度地拉橡皮条 使它与细线的结点到达某一位置O点 在 白纸上记下O点和两个测力计的读数F1和F2 在纸上根据F1和F2的大小 应用平行四边形定则作图求出合力F 只用一测力计通过细绳拉橡皮条 使它的伸长量与用两个测力计拉时相同 记下此时 测力计的读数F 和细绳的方向 以上三个步骤中均有错误或疏漏 请指出 1 2 3 图 K11 4 6 在 验证力的平行四边形定则 实验中 实验步骤如下 在水平放置的木板上 固定一张白纸 把橡皮条的一端固定在O点 另一端拴两根带套的细线 细线与橡皮条的交点叫做结 点 在纸面离O点比橡皮条略长的距离上标出A点 如图 K11 4 所示 用两个弹簧测力计分别沿水平方向拉两个绳套 把结点拉至A点 记下此时两力F1和F2的方向和大小 改用一个弹簧测力计沿水平方向拉绳套 仍把结点拉至A点 记下此时F的方向和大 3 小 拆下弹簧测力计和橡皮条 请你写出下面应继续进行的实验步骤 7 某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码 探究弹力和弹簧伸长量的关系 表中是该同 学记录的实验数据 实验中弹簧始终未超过弹性限度 g 10 m s2 钩码质量m g 0306090120150 弹簧总长度l cm 6 07 28 49 610 812 4 1 根据实验数据在如图 K11 5 所示坐标系中作出弹力F跟弹簧伸长量x的关系图象 图 K11 5 2 根据图象得到弹簧的劲度系数是 N m 8 橡皮条的一端固定在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 1 N 的弹簧测力计 沿着两个不同的方向拉弹簧测力计 当橡皮条的活动 端拉到O点时 两根细绳相互垂直 如图 K11 6 所示 这时弹簧测力计的读数可从图中读 出 图 K11 6 1 由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为 N 和 N 要求读 到 0 1 N 2 在本题的虚线方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力 图 K11 7 9 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 如图 K11 7 所示 实验中需用两个弹簧测 力计分别勾住绳套 并互成角度地拉橡皮条 某同学认为在此过程中必须注意以下几项 A 两根细绳必须等长 B 橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上 C 在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行 其中正确的是 填入相应的字母 10 图 K11 8 甲为 探究求合力的方法 的实验装置 4 1 下列说法中正确的是 A 在测量同一组数据F1 F2和合力F的过程中 橡皮条结点O的位置能变化 B 弹簧测力计拉细线时 拉力方向必须竖直向下 C F1 F2和合力F的大小都不能超过弹簧测力计的量程 D 为减小测量误差 F1 F2方向间夹角应为 90 2 弹簧测力计的指针如图乙所示 由图可知拉力的大小为 N 图 K11 8 挑战自我 11 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 并测定弹簧的劲度系数 的实验中 实验装置如 图 K11 9 所示 所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力 实验时先测 出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总 长度 图 K11 9 1 有一个同学通过以上实验测量后把 6 组数据描点在坐标图中 请作出F L图线 图 K11 10 2 由此图线可得出该弹簧的原长L0 cm 劲度系数k N m 3 试根据以上该同学的实验情况 请你帮助他设计一个记录实验数据的表格 不必填写 其实验测得的具体数据 4 该同学实验时 把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点在于 缺点在于 课时作业 十一 课时作业 十一 基础热身 5 1 C 解析 原长的测量值小于真实值 设误差为 l 弹簧的实际伸长量 x x l 弹力与伸长量成正比 即F k x l 所以可能的图线是 C 2 D 解析 由于结点O的位置不变 所以F1和F2的合力大小和方向不变 画出平行 四边形如图所示 弹簧测力计A的拉伸方向不变 则F1的方向不变 弹簧测力计B顺时针转 动过程中 F2的大小和方向均不断改变 图中画出弹簧测力计B转动过程中的三个位置 两 弹簧测力计的读数分别为F1 和F2 F1 和F2 F1 和F2 观察表示力的有向线段的 长短变化 可以看出弹簧测力计A的读数F1逐渐减小 而弹簧测力计B的读数F2先减小后 增大 当弹簧测力计B转动至与弹簧测力计A垂直时F2最小 3 甲 解析 由题设可知 F为F1和F2合力 是通过平行四边形定则作出的 而F 是F1和 F2的等效力 即用一只弹簧秤拉橡皮条时的拉力 显然F 的方向与细绳应在同一条直线上 故甲同学是尊重事实的 4 1 2 他们的假设不是全部正确 在弹性限度内 金属丝 杆 的伸长量与 拉力成正比 与截面半径的平方成反比 还与金属丝 杆 的长度成正比 解析 确定研究对象 选取实验器材属 制定计划 实验过程和测量数据属 搜集证 据 探究金属线材伸长量与拉力 长度 直径的关系时 应该采用控制变量法 技能强化 5 1 步骤 中未记下细线的方向 2 步骤 中除F1 F2的大小之外 还应根据 F1 F2的方向才能准确作图 3 步骤 中应将橡皮条与线的结点拉到原位置O点 6 在A点按同一标度作出F1 F2 F的图示 利用平行四边形定则作F1 F2的合力 F 比较F和F 的大小和方向 并得出结论 7 1 如图所示 2 25 解析 1 钩码质量为零时弹簧的长度为原长 可得弹簧原长为 6 0 cm 根据给出的六 组数据分别计算出对应状态下弹簧的伸长量 可在弹力F与弹簧伸长量x的关系图象中确定 出六个点 用平滑的曲线连接尽可能多的点 如图所示 所得图象是一条过原点的直线 本 实验中最后一点要舍弃 2 由所得图象 计算图象的斜率即为弹簧的劲度系数k N m 25 N m 1 8 7 2 10 2 8 1 4 0 2 5 2 如图所示 6 解析 读弹簧测力计示数时 应注意首先找零刻度线 尤其是竖直放置的那个弹簧测 力计 它的读数是 2 5 N 而不是 3 5 N 水平放置的弹簧测力计读数是 4 0 N 9 C 解析 该实验验证两个分力的效果等效于其合力的效果 不必要求两个分力等 大 故选项 B 错误 与两绳长短无关 选项 A 错误 但需使两个分力与合力在同一平面内 故选项 C 正确 10 1 C 2 4 00 解析 在测量同一组数据的过程中 橡皮条结点O的位置不能变化 如果变化 即力 的效果变化 所以 A 选项错误 由于弹簧测力计是通过定滑轮拉结点O的 定滑轮只能改变 力的方向不能改变力的大小 所以弹簧测力计拉线的方向不一定要沿竖直方向 B 选项错误 弹簧测力计在使用过程中 不能超过其量程 C 选项正确 两个拉力的方向合适即可 不宜 太大 也不宜太小 但不一定为 90 所以 D 选项错