《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用版）2019版高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系,【实验目的】 1.探究弹力和弹簧伸长的关系。 2.学会利用图象法处理实验数据,探究物理规律。,【实验原理】 1.如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。,2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。,【实验器材】 铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。,【实验过程】 1.根据实验原理图
2、,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(分度值为1 mm)固定于铁架台上,并用重垂线检查刻度尺是否竖直。 2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0,即弹簧的原长。,3.在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l,求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。 4.改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在表格中。 记录表:弹簧原长l0= cm。,【数据处理】 1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图,连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。 2.以弹簧
3、的伸长量为自变量,写出图线所代表的函数表达式,并解释函数表达式中常数的物理意义。,【误差分析】 1.系统误差: 钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。 2.偶然误差: (1)弹簧长度的测量造成偶然误差,为了减小这种误差,要尽量多测几组数据。,(2)作图时的不规范造成偶然误差,为了减小这种误差,画图时要用细铅笔作图,所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。,【注意事项】 1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度,要注意观察,适可而止。 2.每次所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标点的间距尽可能大,这样作出的图线准确度更高一些。 3.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于
4、稳定状态时测量,以免增大误差。,4.描点画线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 5.记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位。 6.坐标轴的标度要适中。,热点一 实验原理与实验操作 【典例1】某中学的物理兴趣实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验时,分成了两组来进行探究分析。 导学号04450041,(1)小组甲对两个劲度系数不同的弹簧 A和弹簧B进行了探究,根据测量的实验 数据以弹簧的伸长量(x)为纵坐标,以 弹簧的弹力(F)为横坐标,在同一坐标系中作出了两弹 簧的图象,从图象上看两弹簧的图线的后半段均向
5、上发 生了弯曲,其原因是_,如果选用其中的一个弹簧制作成精确度比较高的弹簧测力计,则应选 (选填“A”或“B”)。,(2)小组乙的同学完成了如下的操作: a.将带铁夹的铁架台放在水平桌面上,将弹簧的一端固定在铁夹上使其呈自然状态,并在竖直的弹簧附近平行弹簧固定一刻度尺 b.以弹簧的伸长量(x)为纵坐标,以弹簧的弹力(F)为横坐标,根据以上测量的数据在坐标系中描点,并用一条平滑的线连接起来,c.写出弹簧的弹力与弹簧形变量的关系式,并对该关系式中的常量进行解释 d.从刻度尺上读出弹簧下端不悬挂钩码时,弹簧下端所对应的刻度尺上的刻度值,记为L0,e.然后在弹簧的下端依次悬挂1、2、3、4个钩码,当弹
6、簧稳定时,依次读出弹簧下端所对应的刻度值,分别记为L1、L2、L3、L4并将对应的数据记录在表格中,随后将钩码取下 请将以上的实验步骤按照正确的顺序排列,将步骤前的字母填在横线上:_。,【规范解答】(1)图象后半段向上弯曲表明弹簧已经超过了其弹性限度;若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧A,因为弹簧A的劲度系数较小,较小的力能使弹簧A发生较明显的形变,便于测量。 (2)实验步骤的排列顺序为adebc。 答案:(1)弹簧已经超过了其弹性限度 A (2)adebc,【强化训练】 如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。,(1)为完成实验,
7、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F-x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在刻度尺上的刻度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,并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
8、,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; G.整理仪器。 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:_ _。,【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量。 (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(或与弹簧对应的长度)。,(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点,代入F=kx可得k=200 N/m,由于弹簧自重的原因,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CBDAEFG。,答案:(1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外
9、力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧自重 (4)CBDAEFG,【反思归纳】(1)测量有关长度时,应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x,明确三者之间的关系。 (2)建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当,不可过大,也不可过小。描线的原则:尽量使各点落在一条直线上,少数点分布于直线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的直线。,热点二 数据处理及误差分析 【典例2】某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 导学号04450042,(1)图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
10、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) A.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_ _。,【解题指导】解答本题应关注以下三点: (1)刻度尺读数时,对有效数字的要求。 (2)逐一增挂钩码和随意增减钩码对实验带来的影响。 (3)从实验注意事项的角度分析图象弯曲的原因。,【规范解
11、答】(1)由题图乙知,读数为14.66 cm,所以弹簧伸长量l=(14.66-7.73)cm=6.93 cm。(2)若随意增减钩码,作图不方便,有可能会超出弹簧的弹性限度,所以应逐一增挂钩码,选项A正确。(3)由题图丙知AB段弹簧伸长量与弹力不成线性关系,是因为钩码重力超过弹簧的弹性限度。,答案:(1)6.93 (2)A (3)钩码重力超过弹簧的弹性限度,【强化训练】 某同学探究一条橡皮筋的弹力和伸长量之间的关系,实验时使用了一条拉伸一定长度后粗细会明显变化的橡皮筋。利用弹簧秤测出橡皮筋弹力的大小,利用刻度尺测出橡皮筋的长度。,(1)某次测橡皮筋的弹力时,弹簧秤的示数如图甲所示,读数为_N。,
12、(2)该同学根据实验测得的橡皮筋的弹力F与橡皮筋伸长量x的数据作出F-x图象,如图乙所示。从图上可以看出,在弹力较小时,橡皮筋的弹力与伸长量的关系遵循胡克定律,这时橡皮筋的劲度系数为_ _N/m。,(3)由图乙可以看出,当拉力较大时,橡皮筋的弹力与伸长量的比值发生了明显的变化,这时拉力越大,橡皮筋越_(选填“容易”或“不容易”)发生形变。,【解析】(1)根据弹簧秤的读数规则可知,弹簧秤的读 数为1.30 N。 (2)由题图乙可知,在弹力较小时,橡皮筋的弹力与伸长 量成正比,这时橡皮筋的劲度系数为 k= N/m=12 N/m。,(3)由题图乙可以看出,当拉力较大时,图象的斜率增大,这表明增大一定
13、的伸长量,需要的拉力变大,因此橡皮筋更不容易发生形变。,答案:(1)1.30 (2)12 (3)不容易,【反思归纳】在F-x图象中,若x表示弹簧的长度,则图线不过坐标原点,图线与横轴的交点坐标表示弹簧的原长,图线的斜率仍表示弹簧的劲度系数。若图象最后出现弯曲,则表示弹簧超出了弹性限度。,热点三 实验拓展与创新 【典例3】(多选)(2018临沂模拟)如图甲所示,一弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力的关系图象,如图乙所示。则下列判断正确的是 导学号04450043( ),A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
14、B.弹力增加量与对应的弹簧长度的形变量成正比 C.该弹簧的劲度系数是200 N/m D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变,【创新方向分析】实验原理的创新(如图所示),【规范解答】选B、C、D。由题图乙知,F-x图线是一条 过原点的直线,k= N/m=200 N/m,弹簧的劲度 系数与弹簧所受力的方向无关,A错误,B、C、D正确。,【强化训练】 用如图甲所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系。轻弹簧上端固定一个力传感器,然后固定在铁架台上,当用手向下拉伸弹簧时,弹簧的弹力可从传感器读出。用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度,从而确定伸长量。测量数据如表格所示:,(1)以x为横坐标,F为纵坐标,在图乙的坐标纸上描绘出能够正确反映弹力与伸长量关系的图线。,(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为_(保留两位有效数字)。,【解析】横轴表示伸长量x,纵轴表示弹力F,按照表格数据,描点画图,得到一条直线,图象斜率代表弹簧劲度系数。求得弹簧的劲度系数为75 N/m。,答案:(1)见解析图 (2)75 N/m,
