高考复习方案（全国卷地区专用）2017届高考物理一轮复习 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系 新人教版.doc

实验2探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验目的1探究弹力与弹簧伸长的定量关系2学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据二、实验器材轻质弹簧(一根)、钩码(一盒)、铁架台、_、_、_考点一实验原理与实验操作1.实验原理(1)弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关沿着弹簧伸长的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的(2)用悬挂法测量弹簧的弹力所运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力大小相等这一原理(3)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算，这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了2实验步骤(1)如图s21所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用_检查刻度尺是否竖直图s21(2)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.(3)在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码_后，记下弹簧下端所对应的刻度l1.(4)用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个钩码时弹簧下端所对应的刻度l2、l3、l4并将所得数据记录在表格中(5)用xnlnl0计算出弹簧下端挂1个、2个、3个钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格钩码个数01236刻度伸长量x弹力f(6)根据所测数据在坐标纸上描点，最好以_为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标(7)按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)所描的点不一定正好都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同(8)以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数(9)解释函数表达式中常数的物理意义1 2015福建卷 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验(1)图s22甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_cm；(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_；(填选项前的字母)图s22a逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重b随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力f的关系图线，图线的ab段明显偏离直线oa，造成这种现象的主要原因是_式题 如图s23甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系图s23(1)为完成实验，还需要的实验器材有_(2)实验中需要测量的物理量有_(3)图乙是弹簧弹力f与弹簧伸长量x的关系图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_n/m，图线不过原点是由于_(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：a以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，f)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；b记下弹簧不挂钩码时其下端所对应的刻度l0；c将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；d依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个钩码，分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；e以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；f解释函数表达式中常数的物理意义请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_. 注意事项1实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度.2.要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据考点二数据处理与误差分析1.数据处理(1)在物理学中经常用图像处理物理问题，应用图像的好处是直观、方便应用图像处理问题时要注意：图线斜率的意义(或曲线切线斜率的意义)；图线与纵轴、横轴交点的物理意义；通过图像发现或确定物理变量间的定量关系(2)注意观察所描点的走向本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点(3)如果实验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长为横坐标，得到的不是正比例函数，关系较为复杂，因此最好用弹簧的伸长量为横坐标(4)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位2误差分析(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确会带来误差(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差2 2014新课标全国卷 某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系实验装置如图s24所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，p0指向0刻度设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，重力加速度取9.80 m/s2)已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.图s24(1)将表中数据补充完整：_；_p1p2p3p4p5p6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(n/m)16356.043.633.828.8(m/n)0.00610.01790.02290.02960.0347(2)以n为横坐标，为纵坐标，在图s25给出的坐标纸上画出 n图像图s25(3)图s25中画出的直线可近似认为通过原点若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k_n/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k_n/m.式题 2015北京东城区联考 某同学在做“研究弹簧的形变与外力的关系”实验时，将一轻弹簧竖直悬挂让其自然下垂，测出其自然长度；然后在其下部施加外力f，测出弹簧的总长度l，改变外力f的大小，测出几组数据，作出外力f与弹簧总长度l的关系图线如图s26所示(实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的)由图可知该弹簧的自然长度为_cm；该弹簧的劲度系数为_n/m.图s26 注意事项应用图像解读实验数据要结合解析式和实验的实际情况，不能脱离实际比如例2变式题考查了应用弹力与弹簧长度关系的图像分析问题，由图线和坐标轴交点的横坐标表示弹簧的原长可知弹簧的原长再由胡克定律可求出弹簧的劲度系数该题要求要会从图像中正确地找出弹簧的原长及在各外力作用下弹簧的长度，并会求出弹簧的形变量，在应用胡克定律时，要首先转化单位，要知道图线与坐标轴的交点的横坐标是弹簧的原长知道图线的斜率即为弹簧的劲度系数12015湖南三校联考 一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，使用两条不同的轻质簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图像如图s27所示下列表述正确的是()图s27aa的原长比b的长ba的劲度系数比b的大ca的劲度系数比b的小d测得的弹力与弹簧的长度成正比22015四川卷 某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1.如图s28甲所示，图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l1_cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5.已知每个钩码质量是50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力f2_n(当地重力加速度g9.8 m/s2)要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是_作出fx图线，得到弹力与弹簧伸长量的关系甲乙图s2832015黑龙江鹤岗三中模拟 某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系实验时，将原长约为200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力f关系的图像如图s29所示从图像中可以得出结论()图s29a增挂钩码时l与f成正比，而减挂钩码时l与f不成正比b当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大c当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等d增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度42015广东六校联考 一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长关系”的实验，采用如图s210(a)所示装置，质量不计的弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力实验中作出小盘中砝码重力随弹簧伸长量x变化的图像如图(b)所示(重力加速度g取10 m/s2) (a)(b)图s210(1)利用图(b)中图像，可求得该弹簧的劲度系数为_ n/m.(2)利用图(b)中图像，可求得小盘的质量为_ kg，小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比_(“偏大”“偏小”或“相同”)5.2014浙江卷 在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图s211甲连接起来进行探究甲乙图s211钩码数1234la/cm15.7119.7123.6627.76lb/cm29.9635.7641.5147.36(1)某次测量如图乙所示，指针示数为_ cm.(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针a、b的示数la和lb如表1.用表中数据计算弹簧的劲度系数为_ n/m(重力加速度g取10 m/s2)由表1数据_(选填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲度系数实验2探究弹力和弹簧伸长的关系【实验器材】铅垂线坐标纸毫米刻度尺【考点互动探究】考点一实验原理与实验操作铅垂线静止弹簧弹力例1(1)6.93(2)a(3)超过弹簧的弹性限度解析 (1)由乙图可读出刻度尺的读数为14.66 cm，弹簧的伸长量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm.变式题(1)刻度尺、铅垂线、坐标纸(2)弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量(或对应的长度)(3)200弹簧自身重力的影响(4)cbdaef解析 (1)根据实验原理可知，还需要刻度尺、铅垂线、坐标纸(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或对应的长度)(3)取图像中(0.5，0)和(3.5，6)两个点，代入fkx，解得k200 n/m.由于弹簧自身重力的影响，使得弹簧不加外力时就有形变量(4)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为cbdaef.考点二数据处理与误差分析例2(1)81.70.0122(2)略(3)(在之间均同样正确)(在之间均同样正确)解析 (1)k n/m81.7 n/m. m/n0.0122 m/n.(3)由作出的图像可知直线的斜率为5.8104，故直线方程满足5.8104n m/n，即k n/m(在之间均正确)由于60圈弹簧的原长为11.88 cm，则n圈弹簧的原长满足，代入数值，得k(在之间均正确)变式题 1050解析 当外力f大小为零时，弹簧的长度即为原长，由图线和坐标轴交点的横坐标表示弹簧的原长，可知弹簧的原长为l010 cm；当拉力为10.0 n时，弹簧的形变量为：x30 cm10 cm20 cm0.2 m，图线的斜率是其劲度系数，由胡克定律fkx得：k n/m50 n/m.【教师备用习题】1某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小f与弹簧长度x的关系图线由此图线可得该弹簧的原长x0_ cm，劲度系数k_ n/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x_ cm.答案 (1)竖直(2)450(3)10解析 (2)当弹力为零时，弹簧处于原长，由图可以得出，弹簧的原长x04 cm，劲度系数k n/m50 n/m.【课时巩固训练】1b解析 在图像中横截距表示弹簧的原长，故a的原长比b的短，选项a错误；在图像中斜率表示弹簧的劲度系数k，故a的劲度系数比b的大，选项b正确，选项c错误；弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，选项d错误225.85 0.98弹簧原长3d解析 由增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力f关系的图像，发现减少钩码与增加钩码橡皮筋形变量不相同，则说明橡皮筋已超出弹性限度所以选择d选项4(1)200(2)0.1相同解析 (1)设弹簧原长为l0，小盘质量为m，根据胡克定律，弹簧弹力f弹kxfmg，得砝码重力fkxmg，可知图像斜率表示弹簧劲度系数，k n/m200 n/m；(2)图像纵轴截距绝对