Question

29、李明小組在“探究影響塑料刻度尺形變的因素”中選用一長50cm的刻度尺，將其一端固定在桌邊上，研究力的三要素，即力的大小、

方向

和

作用點

對力的作用效果的影響．
（一） 實驗中，在研究力的大小對形變的影響時，李明在塑料尺的同一點、用手沿豎直向下方向施加不同大小的力．物理學中把這種研究問題的方法叫“控制變量法”，下列四個研究實例中，應用到這一方法的是
A．可從物體發生形變或運動狀態發生改變來判斷物體受到力的作用
B．探究壓力作用效果時，先保持受力面積相同研究壓力對作用效果的影響，再保持壓力不變研究受力面積對作用效果的影響
C．測量木塊受到桌面的摩擦力時，用彈簧秤沿水平方向勻速拉動木塊，彈簧秤的示數等于木塊受到的摩擦力
D．探究阻力對物體運動的影響時，根據實驗得出“小車受到的阻力越小，小車運動的路程越長”的實驗事實，設想小車在絕對光滑水平面上運動，小車將一直做勻速運動
（二） 實驗中，李明發現沿豎直向下方向作用在同一點的力越大，塑料尺彎曲得越

大

（選填“大”或“小”）．他們對這一現象產生了濃厚的興趣，課后用彈簧對“影響彈簧形變大小的因素”進行定量研究．對此研究問題他們提出以下猜想：
猜想1：彈簧形變大小可能跟外力的大小成正比；
猜想2：彈簧形變大小可能跟彈簧的橫截面積成反比；
…
（1）為驗證猜想1，李明應選用以下實驗器材中的哪些進行實驗 （

A、C、F、G

）
（A） 一根長約10cm的彈簧； （B） 幾個長度、橫截面積、制造材料均不相同的彈簧；
（C） 刻度尺； （D） 天平； （E） 量筒； （F） 鐵架臺； （G） 質量均為100g的小鉤碼7個．
（2）李明用如圖所示裝置驗證猜想1．他先測出不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼（每個鉤碼質量100g），并逐個增加鉤碼，測出指針所指的標尺刻度，所得數據列表如下：（g=10N/kg）

鉤碼個數	0	1	2	3	4	5	6	7
標尺刻度/10-2 m	15.0	19.0	23.0	27.0	31.0	35.0	42.0	55.0
伸長量x/10-2 m	0

①物理學中，常用“伸長量”來表示彈簧形變的大小，伸長量定義為彈簧受到拉力時的長度與自由伸長（即不受作用力）時長度的差值．根據伸長量的定義填寫上表中空格．
②根據所測數據，在坐標紙上作出彈簧伸長量x與拉力F的關系圖象．

③根據所測得的數據和圖象，能夠驗證猜想1嗎？請你利用實驗數據和圖象進行分析論證，寫出實驗結論．
（3）對李明提出的問題，除了他的猜想外，請你再提出一個猜想．

Answer 1

分析：所謂力的三要素指的是力的大小、方向、作用點；
（一）控制變量法是指：物理學中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題．每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法．結合控制變量法的概念得出正確的答案．
（二）在力的方向和作用點相同的前提下，所用的力越大，則塑料尺形變的越大；
（1）想要探究彈簧形變大小可能跟外力的大小成正比時，必須用到一根彈簧測力計、刻度尺、鐵架臺、所掛的物體鉤碼，實際選出適當的器材；
（2）①結合實驗數據中提供的數據和伸長量的概念每一次彈簧伸長的長度得出；②結合所提供的實驗數據，再描點、連線在坐標系中做出彈簧伸長量x與拉力F的關系圖象；③結合數據和做出的坐標系可以看出，在一定范圍內彈簧形變大小跟外力的大小成正比；如果超過了這個彈性范圍，則彈簧形變大小跟外力的大小不成正比．
（3）結合實際得出正確的猜想．

解答：解：力的三要是力的大小、方向、作用點，其中力的三要素都影響力的作用效果；
（一）所謂的控制變量法是指物理學中對于多因素（多變量）的問題，常常采用控制因素（變量）的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題．每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物影響，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法．
A、通過物體的形變或者是物體的運動狀態的改變這種宏觀的現象來轉換為力，這種研究問題的方法為轉換法；
B、探究壓力作用效果時，先控制受力面積不變，來探究壓力對作用效果的影響，再控制壓力不變來探究受力面積對作用效果的影響，應用了控制變量法；
C．測量木塊受到桌面的摩擦力時，用彈簧秤沿水平方向勻速拉動木塊，彈簧秤的示數等于木塊受到的摩擦力，利用了轉化法；
D．探究阻力對物體運動的影響時，根據實驗得出“小車受到的阻力越小，小車運動的路程越長”的實驗事實，設想小車在絕對光滑水平面上運動，小車將一直做勻速運動，此實驗應用了實驗推理法；
（二）在力的方向和作用點相同的前提下，通過塑料尺形變的大小反應出所用的力大小；
（1）想驗證彈簧形變大小可能跟外力的大小的關系，必須改變對彈簧拉力的大小，來觀察形變的規律，故必須通過刻度尺來反應出彈簧形變的大小，通過彈簧上所掛物體的多少來反應出對彈簧力的大小，從而得出所需的器材是：ACFG；
（2）①從實驗數據中可以獲悉，當彈簧不受力的作用時，彈簧的長度為15.0cm，當掛上一個1N的鉤碼時，彈簧的長度為19.0cm，所以彈簧伸長的長度是4.0cm，所管的鉤碼依次增大到5N時，彈簧伸長依次增加4cm；當鉤碼對彈簧的拉力為6N和7N時，伸長量依次為：27cm、40cm．
②根據實驗數據中的彈簧伸長量與所受的拉力，在坐標系中先描點、然后再連線，做出圖象；
③從實驗數據可以看出，彈簧伸長量與所受拉力的關系，可以從兩個方面進行分析，一個是在彈簧彈性范圍之內時，彈簧的伸長量與所受的拉力成正比關系，當超出彈簧的彈性范圍時，彈簧形變大小跟外力的大小不成正比．
（3）根據題目中所提供的信息，也可以猜想到：彈簧形變大小可能跟制造彈簧金屬絲的的橫截面積成反比（或正比）等．
故答案為：大小，方向
（一）B
（二）大
（1）ACFG
（2）
①

鉤碼個數	0	1	2	3	4	5	6	7
標尺刻度/10-2m	15.0	19.0	23.0	27.0	31.0	35.0	42.0	55.0
伸長量×/10-2m	0	4.0	8.0	12.0	16.0	20.0	27.0	40.0

②
③當拉力不太大時，彈簧形變大小跟外力的大小成正比；當拉力過大時，彈簧形變大小跟外力的大小不成正比（在一定范圍內，彈簧形變大小跟外力的大小成正比/當拉力小于5N時，彈簧形變大小跟外力的大小成正比等）
（3）彈簧形變大小可能跟彈簧的長度成正比（反比）/彈簧形變大小可能跟制造彈簧金屬絲的的橫截面積成反比（正比）/彈簧形變大小可能跟彈簧的匝數成正比（反比）等．

點評：此題是一道綜合性較強的題目，考查學生對知識的綜合應用能力，從中培養了學生分析問題和解決問題的能力．