探究力的大小与哪些因素有关_实验设计-查字典物理网

一、探究弹力的大小跟哪些因素有关

【例1】如图1所示，我们用手拉弹簧，它就会伸长；用手压弹簧，它就会缩短。针对影响弹簧的伸长或缩短的因素，请你提出一个猜想，并简述验证猜想的实验方法。

（1）猜想：

（2）验证猜想的实验方法：

【解析】根据题意，什么是“影响弹簧伸长或缩短的因素”？显然是力。因此我们的猜想就是：弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长就越大（或弹簧受到的压力越大，弹簧缩短的长度就越大）。那么，如何设计实验验证猜想呢？这就需要考虑实验的器材和方法。测量力的大小需要弹簧测力计（也可以在下面挂钩码），测量弹簧长度需要刻度尺。很多同学会这样想：凭手的感觉就能知道力的大小，因此不需要弹簧测力计；凭目测就可以知道弹簧长度，干吗要刻度尺，多此一举。在物理实验中，不使用测量工具，是设计实验的大忌。它反映了同学们还没有精确测量的意识，必须避免这个错误。设计实验时，需要清楚的是如何测量弹簧伸长或缩短的长度。

【答案】（1）弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长就越大；或弹簧受到的压力越大，弹簧缩短的长度就越大．

（2）方法一：①把弹簧竖直固定在铁架台上，用直尺测出弹簧原长L₀；②在弹簧上面挂上弹簧测力计，并用力向上拉，记下弹簧测力计示数F₁，用直尺测出弹簧这时的长度L₁，得到伸长量ΔL₁=（L₁一L₀）；③增加拉力，记下这时示数F，用直尺测出弹簧这时的长度L，得到ΔL=（L一L）；如此多测量几组数据。④比较F与△L即可验证猜想．

方法二：①把弹簧竖放在水平桌面上并固定好，用直尺测出弹簧原长L₀；②在弹簧上面放一个钩码，记下钩码重力G₁，用直尺测出弹簧的长度L₁，得到缩短量ΔL₁=（L₀一L₁）；③改变钩码的数量，记下这时钩码重G，用直尺测出弹簧的长度L，得到缩短量△L=（L₀-L）；如此多测量几组数据。④比较G与△L即可验证猜想．

【点拨】对于这类题目的解题思路是：认真分析探究的问题，利用已有的知识、经验和科学事实，提出可检验的推测和假设结论。设计实验时，一定要使用测量工具。对于弹簧等弹性较好的物体来讲，在一定范围内，弹簧产生的弹力与它伸长的长度成正比。

二、探究物体所受重力的大小跟哪些因素有关

【例2】在探究“物体所受重力的大小跟哪些因素有关”的实验时：

同学们有如下猜想：A．重力跟质量有关；B．重力跟位置有关；C．重力跟形状有关。

为了验证猜想C，现提供如下器材：弹簧测力计、天平、橡皮泥、三个形状不同的石块、铁块和铝块、细线、土豆、小刀。

请你选择适当的器材，完成下列探究过程：

所选器材
探究步骤
分析论证	若_______，则_______
分析论证	若_______，则_______

【解析】题目是以探究“物体所受重力的大小跟哪些因素有关” 的实验为载体，主要考查大家设计实验的能力。要验证重力与形状的关系，首先要明确如何反应重力的大小，这需要弹簧测力计；其次要考虑控制变量，本实验中的变量是物体的形状，即需要改变物体的形状。那么能否选用三个形状不同的石块、铁块和铝块呢？不能。因为实验只能是形状不同，其它都应该相同，包括质量、材料等。同理，也不能选择土豆。这样器材就是橡皮泥，因为它可以方便地改变形状，而其它都不变。只改变橡皮泥的形状，测出各个情况下的重力大小后，进行分析论证，若重力相同，则重力大小与物体的形状无关；若重力不同，则重力大小与物体的形状有关。

【答案】

所选器材	弹簧测力计、橡皮泥、细线
探究步骤	（1）将橡皮泥捏成球形，用细线拴好，用弹簧测力计测出它的重力G₁ （2）将该橡皮泥再捏成长方形，用细线拴好，用弹簧测力计测出它的重力G₂
分析论证	若G₁=G₂，则重力大小与物体的形状无关
分析论证	若G₁≠G₂，则重力大小与物体的形状有关

【点拨】在中考命题中对制定计划与设计实验能力的考查往往是从实验器材的选用、实验步骤的设计、科学探究的方法等方面考查，根据其考查的特点，在解决这类题目时一是首先弄清探究目的（探究要解决的问题），二是由探究目的确定探究的基本原理，三是由基本原理确定实验器材及实验步骤，四是由实验步骤确定科学探究的方法。其中控制变量法是实验中较普遍的方法，是考查的重点。当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变．这种研究问题的方法叫控制变量法．这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。

三、探究滑动摩擦力与哪些因素有关

【例3】在探究滑动摩擦力与哪些因素有关的实验中，小明的实验过程如图2所示。

图2

（1）实验操作的关键是什么?

（2）由甲、乙两图得到的结论是_____________________________________________。

（3）图乙和图丙探究的问题是_______________________________________________。

（4）在此实验的基础上，小明又猜想：滑动摩擦力的大小可能与物体的接触面积有关．请你利用图中已有的器材，设计探究方案验证小明的猜想．

【解析】题目考查滑动摩擦力的测量方法和控制变量法的运用。探究滑动摩擦力与哪些因素有关的关键是测量滑动摩擦力的大小，但滑动摩擦力的大小不能直接测量，只能通过测量拉力的方法间接测量。只有把物体放在水平支持面上，让弹簧测力计沿水平方向匀速拉动物体时，滑动摩擦力的大小才等于弹簧测力计示数。比较甲、乙两图相同的是压力，不同的是接触面，一个是玻璃，一个是木板，它们的粗糙程度不同。这样得到的结论是：压力相同时，滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。同理可判断图乙和图丙探究的问题。第四问考查运用控制变量设计实验的能力，即保持其它因素不变，只让物体的接触面积改变。而改变物体的接触面积的最好方法是将长方体木块分别平放、侧放和立放。

【答案】（1）匀速拉动木块；（2）压力一定，滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；（3）接触面积一定时，滑动摩擦力与压力的关系；（4）利用图甲（或图乙）的器材，将木块分别平放、侧放和立放，匀速拉动木块，比较弹簧测力计的示数。

【点拨】滑动摩擦力的大小不能直接测量，只能通过测量拉力的方法间接测量。只有把物体放在水平支持面上，让弹簧测力计沿水平方向匀速拉动物体时，滑动摩擦力的大小才等于弹簧测力计示数。滑动摩擦力大小的决定因素是接触面间的压力和接触面粗糙程度，与接触面积大小无关，与运动速度的大小无关，与是否做匀速直线运动无关，与拉力的大小等因素无关。

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