题目内容

李明小组在“探究影响塑料刻度尺形变的因素”中选用一长50cm的刻度尺，将其一端固定在桌边上，研究力的三要素，即力的大小、和对力的作用效果的影响．
（一）实验中，在研究力的大小对形变的影响时，李明在塑料尺的同一点、用手沿竖直向下方向施加不同大小的力．物理学中把这种研究问题的方法叫“控制变量法”，下列四个研究实例中，应用到这一方法的是
A．可从物体发生形变或运动状态发生改变来判断物体受到力的作用
B．探究压力作用效果时，先保持受力面积相同研究压力对作用效果的影响，再保持压力不变研究受力面积对作用效果的影响
C．测量木块受到桌面的摩擦力时，用弹簧秤沿水平方向匀速拉动木块，弹簧秤的示数等于木块受到的摩擦力
D．探究阻力对物体运动的影响时，根据实验得出“小车受到的阻力越小，小车运动的路程越长”的实验事实，设想小车在绝对光滑水平面上运动，小车将一直做匀速运动
（二）实验中，李明发现沿竖直向下方向作用在同一点的力越大，塑料尺弯曲得越（选填“大”或“小”）．他们对这一现象产生了浓厚的兴趣，课后用弹簧对“影响弹簧形变大小的因素”进行定量研究．对此研究问题他们提出以下猜想：
猜想1：弹簧形变大小可能跟外力的大小成正比；
猜想2：弹簧形变大小可能跟弹簧的横截面积成反比；
…
（1）为验证猜想1，李明应选用以下实验器材中的哪些进行实验（）
（A）一根长约10cm的弹簧；（B）几个长度、横截面积、制造材料均不相同的弹簧；
（C）刻度尺；（D）天平；（E）量筒；（F）铁架台；（G）质量均为100g的小钩码7个．
（2）李明用如图所示装置验证猜想1．他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码（每个钩码质量100g），并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：（g=10N/kg）
钩码个数 0 1 2 3 4 5 6 7
标尺刻度/10^-2 m 15.0 19.0 23.0 27.0 31.0 35.0 42.0 55.0
伸长量x/10^-2 m 0
①物理学中，常用“伸长量”来表示弹簧形变的大小，伸长量定义为弹簧受到拉力时的长度与自由伸长（即不受作用力）时长度的差值．根据伸长量的定义填写上表中空格．
②根据所测数据，在坐标纸上作出弹簧伸长量x与拉力F的关系图象．

③根据所测得的数据和图象，能够验证猜想1吗？请你利用实验数据和图象进行分析论证，写出实验结论．
（3）对李明提出的问题，除了他的猜想外，请你再提出一个猜想．

解：力的三要是力的大小、方向、作用点，其中力的三要素都影响力的作用效果；
（一）所谓的控制变量法是指物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题．每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法．
A、通过物体的形变或者是物体的运动状态的改变这种宏观的现象来转换为力，这种研究问题的方法为转换法；
B、探究压力作用效果时，先控制受力面积不变，来探究压力对作用效果的影响，再控制压力不变来探究受力面积对作用效果的影响，应用了控制变量法；
C．测量木块受到桌面的摩擦力时，用弹簧秤沿水平方向匀速拉动木块，弹簧秤的示数等于木块受到的摩擦力，利用了转化法；
D．探究阻力对物体运动的影响时，根据实验得出“小车受到的阻力越小，小车运动的路程越长”的实验事实，设想小车在绝对光滑水平面上运动，小车将一直做匀速运动，此实验应用了实验推理法；
（二）在力的方向和作用点相同的前提下，通过塑料尺形变的大小反应出所用的力大小；
（1）想验证弹簧形变大小可能跟外力的大小的关系，必须改变对弹簧拉力的大小，来观察形变的规律，故必须通过刻度尺来反应出弹簧形变的大小，通过弹簧上所挂物体的多少来反应出对弹簧力的大小，从而得出所需的器材是：ACFG；
（2）①从实验数据中可以获悉，当弹簧不受力的作用时，弹簧的长度为15.0cm，当挂上一个1N的钩码时，弹簧的长度为19.0cm，所以弹簧伸长的长度是4.0cm，所管的钩码依次增大到5N时，弹簧伸长依次增加4cm；当钩码对弹簧的拉力为6N和7N时，伸长量依次为：27cm、40cm．
②根据实验数据中的弹簧伸长量与所受的拉力，在坐标系中先描点、然后再连线，做出图象；
③从实验数据可以看出，弹簧伸长量与所受拉力的关系，可以从两个方面进行分析，一个是在弹簧弹性范围之内时，弹簧的伸长量与所受的拉力成正比关系，当超出弹簧的弹性范围时，弹簧形变大小跟外力的大小不成正比．
（3）根据题目中所提供的信息，也可以猜想到：弹簧形变大小可能跟制造弹簧金属丝的横截面积成反比（或正比）等．
故答案为：大小，方向
（一）B
（二）大
（1）ACFG
（2）
①

钩码个数	0	1	2	3	4	5	6	7
标尺刻度/10^-2m	15.0	19.0	23.0	27.0	31.0	35.0	42.0	55.0
伸长量×/10^-2m	0	4.0	8.0	12.0	16.0	20.0	27.0	40.0

②

③当拉力不太大时，弹簧形变大小跟外力的大小成正比；当拉力过大时，弹簧形变大小跟外力的大小不成正比（在一定范围内，弹簧形变大小跟外力的大小成正比/当拉力小于5N时，弹簧形变大小跟外力的大小成正比等）
（3）弹簧形变大小可能跟弹簧的长度成正比（反比）/弹簧形变大小可能跟制造弹簧金属丝的横截面积成反比（正比）/弹簧形变大小可能跟弹簧的匝数成正比（反比）等．
分析：所谓力的三要素指的是力的大小、方向、作用点；
（一）控制变量法是指：物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题．每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法．结合控制变量法的概念得出正确的答案．
（二）在力的方向和作用点相同的前提下，所用的力越大，则塑料尺形变的越大；
（1）想要探究弹簧形变大小可能跟外力的大小成正比时，必须用到一根弹簧测力计、刻度尺、铁架台、所挂的物体钩码，实际选出适当的器材；
（2）①结合实验数据中提供的数据和伸长量的概念每一次弹簧伸长的长度得出；②结合所提供的实验数据，再描点、连线在坐标系中做出弹簧伸长量x与拉力F的关系图象；③结合数据和做出的坐标系可以看出，在一定范围内弹簧形变大小跟外力的大小成正比；如果超过了这个弹性范围，则弹簧形变大小跟外力的大小不成正比．
（3）结合实际得出正确的猜想．
点评：此题是一道综合性较强的题目，考查学生对知识的综合应用能力，从中培养了学生分析问题和解决问题的能力．