《（三维设计）2016年高考物理一轮（广东专版+习题课件+高考题库+考点通关）第二章 相互作用 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《（三维设计）2016年高考物理一轮（广东专版+习题课件+高考题库+考点通关）第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系（41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 一、实验目的 ( 1) 探究弹力和弹簧伸长量的关系。 ( 2) 学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。 二、实验原理 ( 1) 如图实 2 1 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。 图实 2 1 ( 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伸长量间的关系。 三、实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩
2、码若干、三角板、坐标纸、重垂线。 ( 1) 如图实 2 2 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 m m ) 固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。 图实 2 2 ( 2) 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度 l 0 ，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 ) 。 四 、实验 步骤 ( 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，将所测数据填写在下列表格中 记录表：弹簧原长 l 0 _
3、_ _ c m 。 弹簧伸长 /簧总长 /力 F/N 6 5 4 3 2 1 次数 内容 五、数据处理 ( 1) 以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点。 ( 2) 按照图中各点的分布与走向，作出一条平滑的图线。所画的点不一定正好都在这条图线上 ，但要注意使图线两侧的点数大致相同。 ( 3) 以弹簧的伸长为自变量，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。 六、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
4、更高一些。 ( 3) 测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，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。 七、误差分析 ( 1) 钩码标值不准确造成系统误差。 ( 2) 弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差。 ( 5) 记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长 l 0 、总长 ( 6) 坐标轴的标度要适中。 实验原理与操作 例 1 ( 2014 临沂模拟 ) 如图实 2 3 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。 图实 2 3 ( 1) 为完成实验，还需要的
5、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 。图线不过原点的原因是由于 _ _ 。 ( 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在刻度尺上的刻度 l 0 ； 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
6、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； 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形变量； ( 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 ( ) 和 ( 3. 5,6) 两个点，代入 F 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。
7、( 4) 根据完成实验的合理性可知先后顺序为 答案 ( 1) 刻度尺 ( 2) 弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量 ( 或与对应的长度 ) ( 3) 200 弹簧自重 ( 4) C 题组演练 1 一个实验小组在 “ 探究弹力和弹簧伸长的关系 ” 的实验中，使用两条不同的轻质弹簧 a 和 b ，得到弹力与弹簧长度的图象如图实 2 4 所示。下列表述正确的是 ( ) A a 的原长比 b 的长 B a 的劲度系数比 b 的大 C a 的劲度系数比 b 的小 D 测得的弹力与弹簧的长度成正比 图实 2 4 解析 ： 图象的横轴截距表示弹簧的长度， l 2 l 1 ， A 错误，图象的斜率表示弹簧的
8、劲度系数， a 的斜率大于 b 的斜率， B 正确，C 错误，图象不过原点， D 错误。 答案 ： B 2. ( 2012 广东高考 ) 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 _ _ 方向 ( 填 “ 水平 ” 或 “ 竖直 ” ) 。 ( 2) 弹簧自然悬挂，待弹簧 _ 时，长度记为 簧下端挂上砝码盘时，长度记为 砝码盘中每次增加 10 g 砝码，弹簧长度依次记为 6，数据如下表： 值 /6 4 2 x 表符号 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
9、图实 2 5 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 _ 的差值 ( 填 “ L 0 ” 或 “ L x ”) 。 图实 2 5 ( 4) 由图可知弹簧的颈度系数为 _N /m ；通过图和表可知砝码盘的质量为 _ _ _ _ _ _ _ _ g ( 结果保留两位有效数字，重力加速度取 9 . 8 m / 。 解析： ( 1) 弹簧的轴线必须沿重力方向，所以应沿竖直方向。 ( 2) 由于表中测量值已经估读到 0.1 m m ，所以刻度尺的最小刻度应是 1 m m 。 ( 3) 因为 m 0 g k ( L x L 0 ) ， n m g m 0 g k ( L n L 0
10、 ) ，整理得 n m g k ( L n L x ) ，所以横轴应为弹簧长度与 L x 的差值。 ( 4) 从上式可以看出图象的斜率表示 k 的大小，即 k x /m ， m 0 k L x L 0 g 1 0 2 10 g 。 答案： ( 1) 竖直 ( 2) 静止 L 3 1 m m ( 3) L x ( 4) 10 数据处理与误差分析 例 2 利用如图实 2 6 甲所示装置做 “ 探究弹力和弹簧伸长的关系 ” 实验。所用的钩码每只的质量为 30 g 。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中。 ( 弹力始
11、终未超过弹性限度，取 g 10 m / 簧总长 /50 120 90 60 30 0 钩码总质量 /g 6 5 4 3 2 1 记录数据组 ( 1) 在图乙坐标系中作出弹簧弹力大小 F 跟弹簧总长度 x 之间的函数关系的图线。 图实 2 6 ( 2) 由图线求得该弹簧的劲度系数 k _ N/m 。 ( 保留两位有效数字 ) 解析 ( 1) 弹力大小 F 跟弹簧总长度 x 之间的函数关系图线如图实 2 7 所示。 ( 2) 弹簧的劲度系数 k 等于 F x 关系图线的斜率。 故 k F x 27 N /m 。 图实 2 7 答案 ( 1) 图见解析 ( 2) 27 题组演练 3 ( 2014 湛
12、江模拟 ) 某同学用一根弹簧和一把 直尺来测量重物的重量，如图实 2 8 所 示。在未悬挂重物时指针正对刻度 5 ，在弹 性限度内，当挂上 80 N 重物时，指针正对 45 ，现挂上一待测物体，指针正对 20 ，下列对弹簧的劲度系数和待测物体的重量，说法正确的是 ( ) A 劲度系数 k 是一个有单位的物理量 B 劲度系数 k 200 ，没有单位，也与所挂重物无关 C 物体的重量为 30 N D 物体的重量为 40 N 图实 2 8 解析： 在未悬挂重物时指针正对刻度 5 ，弹簧的原长 5 。当挂上 80 N 重物时，指针正对 45 ，弹簧的弹力 80 N ，伸长 0 ， 当指针正对 20 时
13、，弹簧的伸长 15 则根据胡克定律得 30 N 答案 ： 4 (2014 深圳调研 ) 某同学利用如图实 2 9 (a) 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 (b) 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 _ _ c m ，劲度系数 k _ N/m 。 图实 2 9 ( 3) 他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图实 2 9( c ) 所示时，该弹簧的长度 x _ _ c m 。 解析： 图线在横轴上的截距等于弹簧的原长 x 0 c m ，图线斜率等于弹簧的劲度系数 k 50 N/m 。把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数为 3. 0 N 时，弹簧伸长 x 6 c m 。该弹簧的长度 x x 0 x 10 c m 。 答案： ( 1) 竖直 ( 2) 50 ( 3) 10 实验的改进与创新 例 3 在 “ 探究弹簧伸长量与弹力的关系，并测定
