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1、相互作用第第 二二 章章实验二探究弹力和弹簧伸长的关系实验二探究弹力和弹簧伸长的关系考纲要求考纲要求考情分析考情分析命题趋势命题趋势探究弹力和探究弹力和弹簧伸长的弹簧伸长的关系关系2017全国全国卷卷，22高考对本实验的考查主要侧重于探究思想的理解，要高考对本实验的考查主要侧重于探究思想的理解，要求考生掌握通过图象来确定物理量间的定量关系的基求考生掌握通过图象来确定物理量间的定量关系的基本方法以及本实验思想方法的迁移应用、创新应用本方法以及本实验思想方法的迁移应用、创新应用知识梳理知识梳理夯实基础夯实基础核心考点核心考点分层突破分层突破对应演练对应演练迁移运用迁移运用栏目导航一、实验流程一、实
2、验流程知识梳理知识梳理 夯实基础夯实基础二、注意事项二、注意事项1安装实验装置：安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧要保持刻度尺竖直并靠近弹簧2不要超过弹性限度：不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度3尽量多测几组数据：尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据4观察所描点的走向：观察所描点的走向：不要画折线不要画折线5统一单位：统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位三、误差分析三、误差分
3、析1钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差2画图时描点及连线不准确也会带来误差画图时描点及连线不准确也会带来误差四、实验创新四、实验创新在在“探探究究弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长的的关关系系”的的实实验验中中，也也可可以以不不测测量量弹弹簧簧的的自自然然长长度度，而而以以弹弹簧簧的的总总长长作作为为自自变变量量，弹弹力力为为函函数数，作作出出弹弹力力与与弹弹簧簧长长度度的的关关系系图图线线，这这样样可以避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差可以避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差考点考点1基本操作及注意事项基本操作及注意事项例例1如如图图甲甲所所示示，用
4、用铁铁架架台台、弹弹簧簧和和多多个个已已知知质质量量且且质质量量相相等等的的钩钩码码探探究究在在弹弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系核心考点核心考点 分层突破分层突破(1)为完成实验，还需要的实验器材有：为完成实验，还需要的实验器材有：_.(2)实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有：_ _.(3)图图乙乙是是弹弹簧簧弹弹力力F与与弹弹簧簧伸伸长长量量x的的Fx图图线线，由由此此可可求求出出弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_N/m.图图线线不不过过原原点点的的原原因因是是由由于于_ _.(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：为完成该实验，设计的实
5、验步骤如下：A以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为横横坐坐标标，以以弹弹力力为为纵纵坐坐标标，描描出出各各组组(x，F)对对应应的的点点，并并用平滑的曲线连接起来；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记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；刻度尺刻度尺 弹弹簧原簧原长长、弹弹簧所受外力与簧所受外力与对应对应的伸的伸长长量量(或或 与与弹弹簧簧对应对应的的长长度度) 200 弹弹簧自重的原因，使得簧自重的原因，使得弹弹簧不加外力簧不加外力 时时就有形就有形变变量量 C将将铁铁架架台台固固定定于于桌桌子子上上，并并将将弹弹簧簧的的一一端端系系于于横横梁梁上上，在在弹弹簧簧
6、附附近近竖竖直直固固定一把刻度尺；定一把刻度尺；D依依次次在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上1个个、2个个、3个个、4个个钩钩码码，并并分分别别记记下下钩钩码码静静止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；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以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出弹弹力力与与伸伸长长量量的的关关系系式式首首先先尝尝试试写写成成一一次次函数，如果不行，则考虑二次函数；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；解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器整理仪器请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：请将以上步骤按操作的
7、先后顺序排列出来：_.CBDAEFG 解解析析(1)根根据据实实验验原原理理可可知知还还需需要要刻刻度度尺尺来来测测量量弹弹簧簧原原长长和和形形变变量量；(2)根根据据实实验验原原理理，实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有弹弹簧簧的的原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长量量(或或与与弹弹簧簧对对应应的的长长度度)；(3)取取图图象象中中(0.5,0)和和(3.5,6)两两个个点点，代代入入Fkx可可得得k200 N/m，由由于于弹弹簧簧自自重重的的原原因因，使使得得弹弹簧簧不不加加外外力力时时就就有有形形变变量量；(4)根根据据完完成成实实验验的的合理性可知先
8、后顺序为合理性可知先后顺序为CBDAEFG.考点考点2数据处理及误差分析数据处理及误差分析例例2某同学做某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验的实验(1)图图甲甲是是不不挂挂钩钩码码时时弹弹簧簧下下端端指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度，其其示示数数为为7.73 cm；图图乙乙是是在在弹弹簧簧下下端端悬悬挂挂钩钩码码后后指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度，此此时时弹弹簧簧的的伸伸长长量量l为为_ cm；6.99 (2)本本实实验验通通过过在在弹弹簧簧下下端端悬悬挂挂钩钩码码的的方方法法来来改改变变弹弹簧簧的的弹弹力力，关关于于此此操操作作，下下列选项中规范的
9、做法是列选项中规范的做法是_；(选填选项前的字母选填选项前的字母)A逐逐一一增增挂挂钩钩码码，记记下下每每增增加加一一只只钩钩码码后后指指针针所所指指的的标标尺尺刻刻度度和和对对应应的的钩钩码码总重总重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)图图丙丙是是该该同同学学描描绘绘的的弹弹簧簧的的伸伸长长量量l与与弹弹力力F的的关关系系图图线线，图图线线的的AB段段明明显显偏离直线偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是，造成这种现象的主要原因是_.解解析析(1)由由题题图图乙乙知知，读读数数为为14.72 cm
10、，所所以以弹弹簧簧伸伸长长量量l(14.727.73) cm6.99 cm.(2)若若随随意意增增减减钩钩码码，作作图图不不方方便便，有有可可能能会会超超出出弹弹簧簧的的弹弹性性限限度度，所所以以应应逐逐一一增增挂挂钩钩码码，选选项项A正正确确(3)由由题题图图丙丙知知AB段段弹弹簧簧伸伸长长量量与与弹弹力力不不成成线线性性关关系系，是因为钩码重力超过弹簧的的弹性限度是因为钩码重力超过弹簧的的弹性限度A钩码钩码重力超重力超过弹过弹簧的簧的弹弹性限度性限度 (1)解答本题应关注以下三点解答本题应关注以下三点刻度尺读数时，对有效数字的要求刻度尺读数时，对有效数字的要求逐一增挂钩码和随意增减钩码对实
11、验带来的影响逐一增挂钩码和随意增减钩码对实验带来的影响从实验注意事项的角度分析图象弯曲的原因从实验注意事项的角度分析图象弯曲的原因(2)实验数据处理的三种方法实验数据处理的三种方法图图象象法法：根根据据测测量量数数据据，在在建建好好直直角角坐坐标标系系的的坐坐标标纸纸上上描描点点，以以弹弹簧簧的的弹弹力力F为纵轴，弹簧的伸长量为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线列列表表法法：将将实实验验数数据据填填入入表表中中，研研究究测测量量的的数数据据，可可发发现现在在实实验验误误差差允允许许的的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是
12、一常数范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系考点考点3实验创新设计实验创新设计1实验原理的创新实验原理的创新(如甲、乙、丙所示如甲、乙、丙所示)2数据处理的创新数据处理的创新(1)弹弹力力的的获获得得：弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂，重重物物的的重重力力作作为为弹弹簧簧的的拉拉力力，存存在在弹弹簧簧自自重重的的影响影响弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响(2)图图象象的的获获得得：由由坐坐标标纸纸作作图图得得Fx图
13、图象象由由传传感感器器和和计计算算机机输输入入数数据据直直接接得得Fx图象图象例例3(2018浙浙江江杭杭州州调调研研)用用如如图图甲甲所所示示的的实实验验装装置置研研究究弹弹簧簧的的弹弹力力与与形形变变量量之之间间的的关关系系轻轻弹弹簧簧上上端端固固定定一一个个力力传传感感器器，然然后后固固定定在在铁铁架架台台上上，当当用用手手向向下下拉拉伸伸弹弹簧簧时时，弹弹簧簧的的弹弹力力可可从从传传感感器器读读出出用用刻刻度度尺尺可可以以测测量量弹弹簧簧原原长长和和伸伸长长后后的的长长度度，从从而而确确定定伸伸长长量量测量数据如表格所示：测量数据如表格所示：伸长量伸长量x/(102m)2.004.006.008.0010.00弹力弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以以x为为横横坐坐标标，F为为纵纵坐坐标标，在在图图乙乙的的坐坐标标纸纸上上描描绘绘出出能能够够正正确确反反应应弹弹力力与与伸伸长量关系的图线长量关系的图线(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为由图线求得该弹簧的劲度系数为_.(保留两位有效数字保留两位有效数字)75 N/m 解解析析横横轴轴表表示示伸伸长长量量x，纵纵轴轴表表示示弹弹力力F，按按照照表表格格数数据据，描描点点画画图图，得得到到一一条直线，图象斜率代表弹簧劲度系数条直线，图象斜率代表弹簧劲度系数答案答案(1)如图如图
