初中物理力的合成与应用实验题

某校"制作浮力秤"项目研究小组，制成如图所示浮力秤。使用过程中，发现称量范围较小，有待提升改造。

【原理分析】浮力秤是利用物体漂浮时 $F_{浮}=G_{物}$ 的原理工作的；浮力大小与液体密度和物体排开液体的体积有关。

【问题提出】浮力大小与液体密度存在怎样的定量关系？

【方案设计】

器材：悬挂式电子秤、金属块 $(4.0N)$ 、大烧杯、水以及各种不同密度的溶液等。

步骤：①将金属块挂在电子秤下，读取电子秤示数并记录；

②将金属块浸没在盛水的烧杯中，读取电子秤示数并记录，然后取出金属块擦干；

③按照步骤②的操作，换用不同密度的溶液，多次重复实验。

【数据处理】

实验编号	1	2	3	4	5	6	7
液体密度     ${\rho }_{液}\left(g/c{m}^3\right)$	$-$	0.8	1.0	1.2	1.4	1.9	2.0
电子秤示数     $F_{拉}\left(N\right)$	4.0	3.6	3.5	3.4	3.3	2.6	3.0
浮力大小     $F_{浮}\left(N\right)$	$-$	0.4	0.5	$x$	0.7	1.4	1.0

【交流分析】

（1）表格中 $x$ 的数据是 　　；

（2）实验过程中，除步骤①外，其余每一次测量，金属块都需要浸没，其目的是 　　；

（3）小组同学对实验数据进行了分析讨论，认为第6次实验数据异常。若电子秤正常工作、电子秤读数和表中数据记录均无误。则造成此次实验数据异常的原因可能是 　　。

【得出结论】 $\dots \dots$

【知识应用】（4）根据以上探究，写出一种增大浮力秤称量范围的方法 　　。

某实验小组的同学对 $A$、 $B$两根长度相同粗细不同的橡皮筋测力计，将橡皮筋的一端固定，另一端悬挂钩码（图甲所示），记录橡皮筋受到的拉力大小 $F$和橡皮筋伸长量△ $x$，根据多组测量数据做出的图线如图乙所示。

（1）当在两根橡皮筋上悬挂重力为 $8N$的物体时，橡皮筋 $A$的伸长量为　　 $\mathit{cm}$，橡皮筋 $B$的伸长量为　　 $\mathit{cm}$。

（2）分别用这两根橡皮筋制成的测力计代替弹簧秤，则用橡皮筋　　制成的测力计量程大，用橡皮筋　　制成的测力计测量的精确程度高（均选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

（3）将本实验中相同的两根橡皮筋并联起来代替弹簧秤，能够测量力的最大值为　　 $N$。

学习了同一直线的二力的合成知识后，小林想如果作用在物体上的二力不在同一直线上，而是互成一定的夹角，那么合力F的大小与两个分力F₁、F₂的大小，是否还有F等于F₁+F₂的关系呢？于是他应用教材中学过的方法，对此进行了探究．
（1）如图所示，橡皮筋原长为AB，通过两个弹簧测力计对橡皮筋施加互成一定夹角的两个力F₁和F₂，使橡皮筋伸长到C，记录此时F₁、F₂的大小．撤去力F₁和F₂后，用一个弹簧测力计对橡皮筋施加一个力F的作用，为了使这个力F的作用效果与那两个力F₁、F₂的作用效果      ，应使橡皮筋      ，记录此时F的大小．
（2）先后两次改变F₁和F₂的夹角，重复步骤（1），得到三次实验数据如表所示：

分析实验数据可知，当两个力不在一条直线上时，其合力大小F      F₁+F₂，且在F₁、F₂大小不变的情况下，合力F的大小随着F₁与F₂夹角的增大而      ．

学习了同一直线的二力的合成知识后，小林想如果作用在物体上的二力不在同一直线上，而是互成一定的夹角，那么合力F的大小与两个分力F₁、F₂的大小，是否还有F等于F₁＋F₂的关系呢？于是他应用教材中学过的方法，对此进行了探究.
（1）如左图所示，橡皮筋原长为AB，通过两个弹簧测力计对橡皮筋施加互成一定夹角的两个力F₁和F₂，使橡皮筋伸长到C，记录此时F₁、F₂的大小。撤去力F₁和F₂后，用一个弹簧测力计对橡皮筋施加一个力F的作用，为了使这个力F的作用效果与那两个力F₁、F₂的作用效果         ，应使橡皮筋                 ，记录此时F的大小.

（2）先后两次改变F₁和F₂的夹角，重复步骤（1），得到三次实验数据如下表所示：

物理量 实验序号	F1/N	F2/N	F1和F2的夹角	合力F/N
1	4	5	θ1	8.7
2	4	5	θ2	8.3
3	4	5	θ3	7.8
备注：θ1<θ2<θ3

分析实验数据可知，当两个力不在一条直线上时，其合力大小F       F₁—F₂，且在F₁、F₂大小不变的情况下，合力F的大小随着F₁与F₂夹角的增大而     .

实验桌上有符合实验要求的橡皮筋一根、弹簧测力计（量程0-5N) —个、钩码（每个钩码的质量为50g)—盒、带横杆的铁架台一个、刻度尺一把、细线若干。请你选用上述实验器材设计一个实验证明：如果同一直线上的两个力与的方向相反，且大于，则与的合力。请你写出实验步骤（可画示意图辅助说明），画出实验数据记录表格。
请你写出实验步骤（可画示意图辅助说明）
画出实验数据记录表格

小利在做同一直线上二力合成的实验时，他要探究分力F₂与分力F₁的关系，将实验数据填在了数据记录表中，请你分析表中数据，归纳出F₂与F₁的关系式：            。

一位同学认为两个力方向相同时产生的合力最大，你认为对吗?请你设计一个实验进行探究(简述你的方案)．

给你两个弹簧测力计和一条橡皮筋，请你设计一个探究“同一直线上二力的合成”的实验．(简述你的方案)