高考物理一轮复习 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和Word文档下载推荐.docx
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要点谨记]
1.实验器材的选用[对应第1题]
弹簧的伸长量应由刻度尺测出。
2.实验原理的理解与应用[对应第
(2)题]
(1)应先测出不挂钩码时弹簧的自然长度l0;
然后测出悬挂钩码后弹簧的长度l,则x=l-l0。
(2)注意弹簧所受外力与弹簧伸长量的对应关系。
3.实验数据的处理[对应第(3)题]
Fx图线的斜率等于弹簧的劲度系数。
4.实验操作步骤的排序[对应第(4)题]
(1)测量弹簧长度的刻度尺应在弹簧附近竖直固定。
(2)弹簧的原长l0应在弹簧自然下垂状态下测定。
[集训冲关]
1.
(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,所挂钩码越多,误差越小
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.用直尺测得的弹簧长度即为弹簧的伸长量
D.用几个不同的弹簧,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L-L0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下列选项中的( )
解析:
(1)实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象,在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力,以探究弹力与弹簧伸长的关系,并且保证拉力和重力平衡,应选B。
(2)由于考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x>0,所以选C。
答案:
(1)B
(2)C
2.(2015·
福建高考)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7.73cm;
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Δl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Δl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_________________________________________。
(1)弹簧伸长后的总长度为14.66cm,则伸长量Δl=14.66cm-7.73cm=6.93cm。
(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坏弹簧。
A正确。
(3)AB段明显偏离直线OA,伸长量Δl不再与弹力F成正比,是超出弹簧的弹性限度造成的。
(1)6.93
(2)A
(3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度
突破点
(二) 数据处理与误差分析
[典例2] 在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中。
(1)某同学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像如图所示。
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
(2)为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的钩码。
实验测出了钩码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出。
作出ml的关系图线。
弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)。
(3)若悬挂的钩码的质量比所标数值偏小些,则实验测得的弹簧的劲度系数比实际劲度系数偏________。
1.数据处理[对应第
(1)题]
(1)Fx图像和Fl图像的斜率均表示弹簧的劲度系数。
(2)Fx图像理论上应是一条过原点的直线,但弹簧自重对实验造成的影响可引起Fx图像发生平移。
(3)Fl图像与l轴交点的横坐标表示弹簧原长。
2.描点法作图[对应第
(2)题]
(1)由于实验存在误差,依据实验数据描出的点可能不全在一条直线上。
(2)连线时应让直线通过尽量多的点,不在直线上的点尽量对称地分布在直线两侧,偏离直线较远的点应舍去。
3.实验误差分析[对应第(3)题]
(1)悬挂的钩码质量与实际质量不同将影响所描绘各点的位置。
(2)所悬挂钩码的个数越多,质量偏差越大。
[解析]
(1)题图图线的斜率表示弹簧的劲度系数,所以a的劲度系数比b的大,由于图像没有通过原点,弹簧的长度等于原长加变化量,弹簧的长度和弹力不成正比。
(2)由胡克定律F=kx得:
k=
=
=g·
k斜=0.255N/m。
(3)因钩码所标数值比实际质量偏大,且所用钩码越多,偏差越大,因此所作出的ml图线比实际情况下的图线斜率(即劲度系数)偏大。
[答案]
(1)B
(2)图线如图所示 0.255(0.248~0.262均正确) (3)大
[集训冲关]
3.(2015·
四川高考)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图甲所示,图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图,示数l1=________cm。
在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5。
已知每个钩码质量是50g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2=________N(当地重力加速度g=9.8m/s2)。
要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是__________。
作出Fx曲线,得到弹力与弹簧伸长量的关系。
由题图乙知l1=25.85cm。
挂两个钩码时,弹簧弹力F=0.98N。
要测弹簧伸长量,还需要测量弹簧的原长。
25.85 0.98 弹簧原长
4.在测量弹簧的劲度系数时,将弹簧自然悬挂,长度记为L自,弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为L0;
在砝码盘中每次增加10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6,数据如下表:
代表符号
L自
L0
L1
L2
L3
L4
L5
L6
数值(cm)
5.35
7.35
9.35
11.30
13.4
15.35
17.40
19.30
(1)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________。
(2)如图所示是该同学根据表中数据作的图线,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与______的差值(填“L自”或“L0”)。
(3)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m;
通过分析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g取9.8m/s2)。
(1)长度L3记录不规范,刻度尺的最小分度为1mm。
(2)从题图中看出x=0时,m=0,即不放砝码时所对应的横轴是弹簧长度与L0的差值。
(3)弹簧的劲度系数k=
N/m=4.9N/m,根据胡克定律得F=kΔx=4.9×
(0.0735-0.0535)N=0.098N,砝码盘的质量为
kg=10g。
(1)L3 1mm
(2)L0 (3)4.9 10
5.在探究弹力和弹簧伸长的关系时,某同学先按图1所示对弹簧甲进行探究,然后把等长的弹簧乙(直径小于甲)套在弹簧甲内,两弹簧悬挂在同一点按图2所示进行探究。
在弹性限度内,将质量m=50g的钩码逐个挂在弹簧下端,测得图1、图2中弹簧的长度L1、L2如下表所示。
钩码个数
1
2
3
4
L1/cm
30.02
31.02
32.02
33.02
L2/cm
29.33
29.65
29.97
30.29
已知重力加速度g=9.8m/s2,计算弹簧甲的劲度系数k1=________N/m,弹簧乙的劲度系数k2=________N/m。
(结果保留三位有效数字)
由表格中的数据可知,当弹力的变化量ΔF=mg=0.05×
9.8N=0.49N时,弹簧甲的伸长量为Δx1=
×
[(33.02-32.02)+(32.02-31.02)+(31.02-30.02)]cm=1.00cm,根据胡克定律知弹簧甲的劲度系数k1=
=49.0N/m。
把弹簧甲和弹簧乙并联起来时弹簧的伸长量Δx2=
[(30.29-29.97)+(29.97-29.65)+(29.65-29.33)]cm=0.32cm。
根据胡克定律知甲、乙合并后的劲度系数k=
≈153N/m。
根据k并=k甲+k乙,可计算出弹簧乙的劲度系数k乙=153N/m-49N/m=104N/m。
49.0 104
突破点(三) 实验的改进与创新
[典例3] (2014·
全国卷Ⅱ)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0.100kg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9.80m/s2)。
已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm。
P1
P2
P3
P4
P5
P6
x0(cm)
2.04
4.06
6.06
8.05
10.03
12.01
x(cm)
2.64
5.26
7.81
10.30
12.93
15.41
n
10
20
30
40
50
60
k(N/m)
163
①
56.0
43.6
33.8
28.8
(m/N)
0.0061
②
0.0179
0.0229
0.0296
0.0347
(1)将表中数据补充完整:
①________,②________。
(2)以n为横坐标,
为纵坐标,在图中给出的坐标纸上画出
n图像。
(3)图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。
1.实验目的的创新[对应题干部分]
测量弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系,7个指针固定在弹簧不同的圈数处。
2.实验数据处理方法的创新[对应第
(1)
(2)题]
(1)圈数相等的各段弹簧的弹力大小均为mg=0.98N。
(2)由公式法计算劲度系数:
mg=k(x-x0)。
(3)利用“化曲为直”思想探寻k与圈数n的关系。
3.实验结果的拓展[对应第3题]
利用k=
和
推写弹簧的劲度系数与其自由长度l0的关系式。
4.其他创新名度:
将弹簧一端固定在光滑水平桌面上研究弹簧弹力与弹簧伸长的关系,可以消除因弹簧自身重力存在对实验结果的影响。
[解析]
(1)根据胡克定律有mg=k(x-x0),解得k=
N/m≈81.7N/m,
≈0.0122。
(3)根据图像可知,k与n的关系表达式为k=
,k与l0的关系表达式为k=
。
[答案]
(1)①81.7 ②0.0122
(2)
n图像如图所示。
(3)
6.(2017·
商丘模拟)
(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时,得到如图a所示的FL图像,由图像可知:
弹簧原长L0=________cm,求得弹簧的劲度系数k=________N/m。
(2)按如图b的方式挂上钩码(已知每个钩码重G=1N),使
(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图b,则指针所指刻度尺示数为________cm。
由此可推测图b中所挂钩码的个数为________个。
(1)由胡克定律F=k(L-L0),结合题图a中数据得:
L0=3.0cm,k=200N/m。
(2)由题图b知指针所示刻度为1.50cm,由F=k(L0-L),可求得此时弹力为:
F=3N,故所挂钩码的个数为3个。
(1)3.0 200
(2)1.50 3
7.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,则由图线可知:
(1)弹簧的劲度系数为________。
(2)为了用弹簧测定两木块A、B间的动摩擦因数μ,两同学分别设计了如图2所示的甲、乙两种方案。
①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,你认为方案________更合理。
②甲方案中,若A和B的重力分别为10.0N和20.0N。
当A被拉动时,弹簧测力计a的示数为6.0N,b的示数为11.0N,则A、B间的动摩擦因数为________。
(1)由题图1可知,当弹力为F0=60N,弹簧的伸长量x0=L-L0=20cm=0.2m,由胡克定律得弹簧的劲度系数k=
N/m=300N/m。
(2)①甲、乙两种方案,在拉着A运动的过程中,拉A的弹簧测力计由于在不断地运动,示数可能会变化,读数不准,甲方案中的a是不动的,指针稳定,便于读数,甲方案更合理。
②a的拉力与A对B的滑动摩擦力f平衡,由于a示数为6.0N,即f=F=6.0N,A、B间的动摩擦因数μ=
=0.3。
(1)300N/m
(2)①甲 ②0.3
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