(2006?威海模擬)17世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn):在彈性限度內(nèi),彈簧的形變量與彈力成正比,這就是著名的胡克定律.受此啟發(fā),一組同學(xué)研究“金屬線材伸長(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下:
A.他們認(rèn)為:橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi),其伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與橫截面半徑成反比.
B.他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象,用螺旋測(cè)微器、激光測(cè)距儀、傳感器等比較精密的儀器測(cè)量線材的有關(guān)數(shù)據(jù),以驗(yàn)證假設(shè).
C.通過實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù):
長(zhǎng)度 拉力伸長(zhǎng)直徑 250.00N 500.00N 750.00N 1000.00N
1.00m 2.520mm 0.40mm 0.81mm 1.19mm 1.60mm
2.00m 2.520mm 0.80mm 1.59mm 2.41mm 3.21mm
1.00m 3.563mm 0.21mm 0.40mm 0.61mm 0.80mm
D.同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后,對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善.
(1)上述科學(xué)探究活動(dòng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)中,屬于“制定計(jì)劃”和“收集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是(填字母代號(hào))
B
B
、
C
C
;
(2)請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析他們的假設(shè)是否全部正確?若有錯(cuò)誤或不足,請(qǐng)給予修正.
他們的假設(shè)不是“全部正確”.
根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知:在彈性限度內(nèi),金屬絲的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與橫截面半徑的平方成反比,還與金屬絲的長(zhǎng)度成正比;
他們的假設(shè)不是“全部正確”.
根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知:在彈性限度內(nèi),金屬絲的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與橫截面半徑的平方成反比,還與金屬絲的長(zhǎng)度成正比;
;
(3)求出這種線材的伸長(zhǎng)量X與拉力F以及材料的長(zhǎng)度L、橫截面積s之間的定量關(guān)系式(要求出定量關(guān)系式中比例系數(shù)的國(guó)際單位和數(shù)值).
分析:解決此題要知道科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié),如提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作.
由題可知伸長(zhǎng)量x與樣品的長(zhǎng)度、橫截面積、所受拉力都有關(guān)系,涉及的變量較多,因此采用“控制變量法”來確定它們之間的正、反比關(guān)系,然后將各種情況進(jìn)行匯總,再運(yùn)用比值定義法初步確定這幾個(gè)量之間的數(shù)量關(guān)系.
解答:解:(1)確定研究對(duì)象,選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定計(jì)劃”;實(shí)驗(yàn)過程和測(cè)量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”.研究伸長(zhǎng)量x與拉力F、長(zhǎng)度L、直徑D的關(guān)系時(shí),采用控制變量法,比如長(zhǎng)度、直徑不變,再研究伸長(zhǎng)量與力的關(guān)系,這種方法稱為控制變量法.這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要研究方法.
屬于“制定計(jì)劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是B和C.
(2)他們的假設(shè)不是全部正確.在彈性限度內(nèi),金屬絲的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與截面半徑的平方成反比,還與金屬絲的長(zhǎng)度成正比.
(3)種線材的伸長(zhǎng)量與拉力以及材料的長(zhǎng)度、截面積之間的關(guān)系式為:
x=
kFL
S
 
k=
xS
FL
,代入數(shù)據(jù)解得:k=8.0×10-12m2/N.

故答案為:(1)B、C
(2)他們的假設(shè)不是“全部正確”.
根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析可知:在彈性限度內(nèi),金屬絲的伸長(zhǎng)量與拉力成正比,與橫截面半徑的平方成反比,還與金屬絲的長(zhǎng)度成正比;
(3)x=
kFL
S
式中:k=
xS
FL
=8.0×10-12m2/N
點(diǎn)評(píng):解決此題要根據(jù)科學(xué)探究的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析解答.
在解題過程中,綜合應(yīng)用了控制變量法、歸納法、比值定義法來進(jìn)行分析、解答,對(duì)同學(xué)的綜合素質(zhì)要求很高,是一道考查能力的好題.
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