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1、1 高中物理关于探究弹力和弹簧伸长的关系的实验 实 验 目 的 1. 探究弹力和弹簧伸长的关系。 2. 学会利用图像法处理实验数 据，探究物理规律。 实验原理 实 验 器 材 铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩 码( 若干 ) 、铅笔、铅垂线、坐标 纸等。 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
2、的关系。 1某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 (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_ 。
3、解析： (1) 弹簧伸长后的总长度为14.66 cm ，则伸长量l14.66 cm 7.73 cm 6.93 cm 。 (2) 逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损 2 坏弹簧。 (3)AB段明显偏离OA，伸长量l不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的。 答案： (1)6.93 (2)A (3) 弹簧受到的拉力超过了其弹性限度 2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，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
4、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，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；
5、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，由于弹簧自身的重力，使得弹 簧不加外力时就有形变量。 (4) 根据实验操作的合理性可知先后顺序为C、B、D、A、 E 、F、G。 答案：(1) 刻度尺(2) 弹簧原长、 弹簧所受外力与对应的伸长量( 或与弹簧对应的长度) (3)
6、200 弹 簧自身的重力(4)CBDAEFG 3.(2018 全国卷 )如图 (a) ，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托 3 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/s 2，此弹簧的劲度系数 为_ N/m( 保留三位有效数字)
7、 。 解析：标尺的游标为20 分度，精确度为0.05 mm，游标的第15 个刻度与主尺刻度对齐，则读数为 37 mm 150.05 mm37.75 mm3.775 cm 。 弹簧形变量x(3.775 1.950)cm 1.825 cm ， 砝码平衡时，mgkx， 所以劲度系数kmg x 0.100 9.80 1.825 10 2 N/m53.7 N/m 。 答案： 3.775 53.7 4(2019 黄山模拟 ) 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
8、_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，弹簧长度依次记为L1至L6。数据如表： 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，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。( 结果均 保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s 2) 解析：(
9、1) 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。 (2) 弹簧静止时，才能读取其长度；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3记录不 规范，规范数据应读至厘米位的后两位，精确至mm ，所以刻度尺的最小分度为1 mm 。 (3) 由题图知所挂砝码质量为0 时，x为 0，所以xLLx。 4 (4) 由胡克定律Fkx可知，mgk(LLx) ，即mgkx，所以图线斜率为 m x k g，则弹簧的劲度系 数k mg x 601010 39.8 122 10 2 N/m 4.9 N/m ； 同 理 砝 码 盘 质 量m kLxL0 g 4.9 27.35 25.3510 2 9.8 kg 0.01 kg 10 g 。 答案： (1) 竖直(2) 静止L31 mm (3)Lx (4)4.9 10
