2019-2020年高考物理大一轮复习 第二章 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系高效演练.doc

2019-2020年高考物理大一轮复习 第二章 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系高效演练一、实验目的1探究弹力和弹簧伸长的定量关系2学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系二、实验原理弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大三、实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸四、实验步骤1安装实验仪器(见实验原理图)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，让其自然下垂，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直2用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长3在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中4改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.钩码个数长度伸长量x钩码质量m弹力F0l01l1x1l1l0m1F12l2x2l2l0m2F23l3x3l3l0m3F3,一、数据处理1列表法将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的2图象法以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线，是一条过坐标原点的直线二、误差分析1钩码标值不准确、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三、注意事项1每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力有可能与钩码重力不相等2弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的弹性限度3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三者之间的不同，明确三者之间的关系4建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小5描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是光滑的曲线考点一实验原理和数据处理学生用书P30 (xx高考新课标全国卷)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甲所示：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)16356.043.633.828.8(m/N)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)将表中数据补充完整：_，_.(2)以n为横坐标，为纵坐标，在图乙给出的坐标纸上画出n图象(3)图乙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.解析(1)由胡克定律有k N/m81.7 N/m，故有0.012 2 m/N.(2)作图过程略，图见答案(3)因 n图线是一条过原点的直线，由图可得图线的斜率约为5.71104 m/N，故有5.71104n，即k(N/m)，由表中n与x0数据可知弹簧的圈数n与原长l0的关系为n500l0，故k(N/m)答案(1)81.70.012 2(2) n图象如图所示(3)(在之间均同样给分)(在之间均同样给分)考点二实验过程及误差分析学生用书P30 如图甲所示，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(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与弹簧伸长量x的Fx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，写出弹力与弹簧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、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入Fkx可得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、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)(3)200弹簧自身存在重力(4)CBDAEFG学生用书P31本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自重的影响：1一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度2利用传感器：将弹簧水平放置，一端固定在传感器上，对弹簧施加变化的作用力(推力或拉力)时，得到对应的弹簧形变量(xx云南昆明模拟)在探究弹簧的弹力与伸长量之间关系的实验中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中：伸长量x/102 m2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标、F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量之间的关系图线(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_(保留三位有效数字)解析(1)描点作图，如图(2)根据图象，该直线为过原点的一条倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，k75.0 N/m.答案(1)见解析(2)75.0 N/m点评本方案在水平方向上测量实验数据，消除了由弹簧自身重量引起的误差；用力传感器测量弹力，避免了采用定滑轮、钩码做实验时因摩擦带来的误差，提高了实验精度学生用书P311(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以下说法正确的是()A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D用几根不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把LL0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是()解析：(2)由于弹簧自身重力的影响，未挂钩码时，弹簧就伸长了一定长度，故只有C正确答案：(1)AB(2)C2(xx深圳模拟)某同学利用如图甲装置做“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乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图象由此图象可得该弹簧的原长x0_cm，劲度系数k_N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x_cm.解析：(2)x0为乙图中F0时的x值，即x04 cm.k N/m50 N/m.(3)测力计示数F3.0 N，由乙图知弹簧长度x10 cm.答案：(1)竖直(2)450(3)103(xx湖北八校联考)如图为“测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表：钩码数n012345刻度尺读数xn(cm)2.624.175.707.228.8410.43已知所有钩码的质量可认为相同且m050 g，当地重力加速度g9.8 m/s2.请回答下列问题：(1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数k_N/m.(结果保留两位有效数字)(2)考虑到在没有挂钩码时弹簧自身有重量，测量的劲度系数与真实值相比较_(填“偏大”、“偏小”或“没有影响”)解析：利用题目中表格数据可画出Fx的图象，求图线斜率可得弹簧的劲度系数k31 N/m或32 N/m.由图表可知，不挂钩码时的弹簧长度就相当于原长了，在描绘Fx图象中，弹簧的自身重量不影响劲度系数答案：(1)31或32(2)没有影响4(xx山东日照一中检测)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度h30.0 cm且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下端位于筒内，测力计可与弹簧的下端接触)，如图甲所示若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力F，作出Fl图象如图乙所示，则弹簧的劲度系数k_N/m，弹簧的原长l0_.解析：根据胡克定律得F与l的关系式：Fk(lhl0)klk(hl0)，从图象中得到直线的斜率为2 N/cm，截距为20 N，故弹簧的劲度系数k2 N/cm200 N/m，k(hl0)20 N，代入数据得l020 cm.答案：20020 cm5(xx高考浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究(1)某次测量如图乙所示，指针读数为_cm.(2)在弹性限度内，将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB见下表用表中数据计算弹簧的劲度系数为_ N/m(重力加速度g10 m/s2)由表中数据_(填“能”或“不能”)计算出弹簧的劲度系数.钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36解析：(1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一位，故指针的示数为16.00 cm.(2)当A弹簧的弹力为FA10.50 N、FA21.00 N、FA31.50 N、FA42.00 N时，弹簧长度LA115.71 cm、LA219.71 cm、LA323.66 cm、LA427.76 cm，根据Fkx得k112.50 N/m、k212.66 N/m、k312.20 N/m，所以弹簧 的劲度系数k12.45 N/m.根据表中数据可以计算出弹簧每次的伸长量x，也可以根据Fkx计算弹簧的劲度系数(劲度系数的计算也可以通过做Fx图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)答案：(1)16.00(有效数字位数正确，15.9516.05均可)(2)12.45(12.2012.80均可)能