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1、 考点4实验:探究弹力和弹簧伸长的关系 395考向1考查实验原理和方法1.2018全国,22,5分如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针.现要测量图(a)中弹簧的劲度系数.当托盘内没有砝码时,移动游标,使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为 cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2,此弹簧的劲度系数为N/m(保留3位有效数字). 图（a）
2、 图（b）必备知识:游标卡尺的读数方法、胡克定律、力的平衡等.关键能力:对实验原理的理解能力.解题指导:注意本题中游标卡尺的最小分度为0.05 mm,且游标卡尺读数时不需要估读;运用胡克定律计算弹簧的劲度系数时,要注意按题目要求保留3位有效数字.考向2实验数据的处理与方法创新2.新课标全国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(a)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
3、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,取重力加速度为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.P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)16356.043.633.828.81/k(m/N)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7 图(a) 图(b)(1)将表中数据补充完整:,.(2)以n
4、为横坐标,1k为纵坐标,在图(b)给出的坐标纸上画出1k-n图象.(3)图(b)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.必备知识:二力平衡、胡克定律、计算和图象建立等.关键能力:对实验表格中的数据处理的能力、对图象表达的物理意义的理解及数学方法的应用能力等.解题指导:首先注意审题,弄清实验方法,特别是圈数n的含意.根据题目要求画1k-n图象时,要连成直线,不能连成折线.考法1 实验原理与操作1如图所示,用铁架台、弹簧和多个质量均
5、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,还需要的实验器材有.(2)实验中需要测量的物理量有.(3)为完成该实验,设计实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横轴,以弹簧弹力为纵轴,建立坐标系,描出各组实验中弹簧伸长量x和弹簧弹力F对应的点,作出相应的拟合线;B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上所对应的刻度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,写出弹簧弹力与伸长量的关系式,先
6、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.整理实验器材.请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:.(1)需要测量弹簧的长度,所以需要刻度尺.(2)由F=kx=k(ln-l0)可知,需测量弹簧原长,弹簧所受的力(钩码个数)和弹簧伸长后的长度.(3)CBDAEFG.(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力(或钩码个数)与对应的弹簧伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)CBDAEFG1.利用如图1所示的装置探究弹簧的弹力与形变量的关系.(1)对于该实验,下列操作规范的是.(填字母代号)A.固定刻度尺时,保持刻度尺的零刻度线与弹簧上端对齐且竖直并靠近弹簧B.实验中任
7、意增加钩码的个数C.实验中仅把弹簧竖直悬挂待稳定时测量弹簧的原长D.处理实验数据时,把所有的描点用折线连起来(2)实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,依次测出相应的弹簧总长度L,测量后在坐标图中作出的F-L图线如图2所示.由此图线可得出该弹簧的原长L0=cm,劲度系数k=N/m.考法2 实验数据处理与误差分析2某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系.(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在(选填“水平”或“竖直”)方向.(2)弹簧自然悬挂,待弹簧时,长度记为L0;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10 g砝码,弹簧长
8、度依次记为L1至L6.数据如下表.代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范,代表符号为.由表可知所用刻度尺的最小分度为.(3)如图是该同学根据表中数据作的图,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与(选填“L0”或“Lx”)的差值.(4)由图可知弹簧的劲度系数为N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为g(结果保留2位有效数字,重力加速度取9.8 m/s2).(1)当弹簧轴线与刻度尺竖直平行时,刻度尺读数才能准确反映弹簧的长度及长度的变化,故都应在竖直方向.(2)当弹簧静止时,刻度尺读数才准确,
9、表中L3保留小数点后1位,应保留2位,所以L3记录不规范,由读数知,刻度尺的精确度为1 mm,所以最小分度为1 mm.(3)由题图可知,在纵轴每增加0.01 kg时,横轴x的增加量为210-2 m,而弹簧长度L1与L0的差值为410-2 m,所以横轴是弹簧长度与Lx的差值.(4)由题图可知,弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速度的乘积,即k=(60-10)10-39.8(12-2)10-2 N/m=4.9 N/m,砝码盘的质量m0=k(Lx-L0)g=10 g.(1)竖直(2)静止L31 mm(3)Lx(4)4.9102.2019甘肃兰州第一中学模拟在探究“弹力和弹簧伸长的关系”时,小明同学用如图
10、甲所示的实验装置进行实验:将该弹簧竖直悬挂,在自由端挂上砝码盘,通过改变盘中砝码的质量,用刻度尺测出弹簧对应的长度,测得实验数据如下表:实验次数123456砝码质量m/g0306090120150弹簧的长度x/cm6.007.148.349.4810.6411.79(1)小明同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x-m图象如图乙所示,根据图象他得出结论:弹簧弹力与弹簧伸长量不是正比例关系,而是一次函数关系.他结论错误的原因是.(2)作出的图线与坐标系纵轴有一截距,其物理意义是,该弹簧的劲度系数k=N/m(取g=10 m/s2,保留3位有效数字).(3)请你判断该同学得到的实验结果与考虑砝码盘的
11、质量相比,结果.(填“偏大”“偏小”或“相同”)3某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候,测得弹力的大小F和弹簧长度L的关系如图1所示.(1)通过图1得到弹簧的劲度系数为N/m.(2)为了测定两木块A、B间的动摩擦因数,两同学分别设计了如图2所示的甲、乙两种方案.为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小,则方案更合理.甲方案中,若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N.当A被拉动时,弹簧测力计a的示数为4.00 N,b的示数为10.00 N,则A、B间的动摩擦因数为.(1)根据胡克定律并结合图1可知,弹力的大小F和弹簧长度L的关系为F=k(L-L0),图线的斜率表示弹
12、簧的劲度系数,k=600.40-0.20 N/m=300 N/m.(2)由于甲方案中无论A是否匀速,都可以从弹簧测力计a的示数得出滑动摩擦力大小,所以甲方案更合理.甲方案中,若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N.当A被拉动时,弹簧测力计a的示数为4.00 N,即滑动摩擦力f=4.00 N,B对A的压力为FN=GB=20.0 N,根据滑动摩擦力公式f=FN可得,A、B间的动摩擦因数为=0.2.(1)300(2)甲0.2感悟反思本题改变实验目的,根据胡克定律,通过实验方法和数据处理,测得弹簧劲度系数k和物体间的动摩擦因数.实验过程和方法虽然简单,但这种实验思想是新高考的命题方向.3.20
13、19河南郑州一中入学测试如图所示的装置可以用来测量滑块与水平面之间的动摩擦因数.在水平面上将弹簧的一端固定,另一端与带有挡光片的滑块接触(弹簧与滑块不连接).压缩弹簧后,将其释放,滑块被弹射出,离开弹簧后经过O处的光电门,最终停在P点.(1)除了需要测量挡光片的宽度d,还需要测量的物理量有.A.光电门与P点之间的距离sB.挡光片通过光电门的挡光时间tC.滑块(带挡光片)的质量mD.滑块释放点到P点的距离x(2)动摩擦因数的表达式=(用上述测量量和重力加速度g表示).(3)请提出一个可以减小实验误差的建议: .考点4实验:探究弹力和弹簧伸长的关系1.3.77553.7解析:实验所用的游标卡尺最小分度为0.05 mm,游标卡尺上游标第15条刻度线与主尺刻度线对齐,根据游标卡尺的读数规则,题图(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm+150.05 mm=3.7 cm+0.075 cm=3.775 cm.托盘中
