【物理】2019届一轮复习人教版实验：探究弹力与弹簧伸长之间的关学案

【物理】2019届一轮复习人教版实验：探究弹力与弹簧伸长之间的关学案

‎ ‎ 第08讲 实验：探究弹力与弹簧伸长之间的关系 ‎ ‎【实验目的】‎ ‎1．探究弹力和弹簧伸长的定量关系。‎ ‎2．学会用列表法和图象法处理实验数据。‎ ‎【实验原理】‎ ‎1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。‎ ‎2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。‎ ‎【实验器材】‎ 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔。‎ ‎【实验过程】‎ 一、实验步骤 ‎1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。‎ ‎2．如图所示，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。‎ ‎3．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F ‎0‎ l0＝‎ ‎1‎ l1＝‎ x1＝l1－l0‎ m1＝‎ F1＝‎ ‎2‎ l2＝‎ x2＝l2－l0‎ m2＝‎ F2＝‎ ‎3‎ l3＝‎ x3＝l3－l0‎ m3＝‎ F3＝‎ 二、数据处理 ‎1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。‎ ‎2．以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。‎ ‎3．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。‎ ‎【误差分析】‎ ‎1．弹簧拉力大小的不稳定会造成误差。因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度。‎ ‎2．弹簧长度的测量，是本实验的主要误差来源。所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。‎ ‎【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尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。‎ ‎3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差。‎ ‎4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。‎ ‎5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。‎ 过关检测 一、实验题（本大题共6小题，每小题10分，共60分。）‎ ‎1．如图a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实验．‎ ‎(1)为完成实验，还需要的实验器材有_________________________________________；‎ ‎(2)图b是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度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__________________________________．‎ ‎2．某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与长度的关系”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只弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x=　　cm。‎ ‎3．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1所示，图2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50 g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝______N（当地重力加速度g＝9.8 m／s2）。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是____________。作出F－x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。‎ ‎4．某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上．当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L0；弹簧下端挂一个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；……；挂七个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L7.‎ ‎(1)下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是___ ________和__________.‎ 代表符号 L0‎ L1‎ L2‎ L3‎ L4‎ L5‎ L6‎ L7‎ 刻度数值 ‎/cm ‎1.70‎ ‎3.40‎ ‎5.10‎ ‎8.60‎ ‎10.3‎ ‎12.1‎ ‎(2)实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图实－2－13将这两个测量值填入上表中．‎ ‎(3)为了充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d1＝L4－L0＝6.90 cm，d2＝L5－L1＝6.90 cm，d3＝L6－L2＝7.00 cm.请你给出第四个差值：d4＝________＝________cm.‎ ‎(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：ΔL＝______________，代入数据解得ΔL＝________cm.‎ ‎(5)计算弹簧的劲度系数k＝______________N/m.(g取9.8 m/s2)‎ ‎5．在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中 ‎（1）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．用悬挂砝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）若某同学实验装置如图所示，所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度。‎ ‎①有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，请作出F－L图线：‎ ‎②由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________ cm， 劲度系数k＝________ N/m。（结果均保留2位有效数字）‎ ‎（3）若某同学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图中的 ( )‎ ‎6．某同学用如图所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所纸的标尺刻度，所得数据列表如下：（重力加速度g=9.8m/s2）‎ ‎①根据所测数据，在图11-2的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．‎ ‎②根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在______N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．这种规格弹簧的劲度系数为______N/m．‎ 参考答案 ‎1、【答案】（1）刻度尺；（2）200；弹簧自身有重力。；‎ ‎2、【答案】（1） 竖直 （2） 4 50 （3） 10；‎ ‎3、【答案】25.85；（25.81～25.89均可）；0.98；弹簧的原长l0；‎ ‎4、【答案】（1）l5；l6（2）6.85(6.84-6.86)；14.05(14.04-14.06)（3）l7－l3 ；7.20(7.18-7.22)（4）、（5）28N/m；‎ ‎5、（1） AB ‎（2）① ② 5.0 ； 20‎ ‎（3） C ；‎ ‎6、【答案】（1）如图所示 ‎（2）0-5.00；25.00；‎