全国通用2018年高考物理考点一遍过专题07实验:探究弹力和弹簧伸长的关系含解析2017110231.doc
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1、专题07 实验:探究弹力和弹簧伸长的关系一、基本实验要求1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。2实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。3实验步骤(1)安装实验仪器(见实验原理图)(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表作记录,要尽可能多测几组数据。(3)根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标。(4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。(5)以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的
2、函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数。二、规律方法总结1实验数据处理方法(1)列表法将测得的F、x填入设计好的表格之中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差范围内是相等的。(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。(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。2注意事项(1)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度。(2)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。(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点
3、以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。(4)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。3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。4用图象法处理实验数据图象法是一种重要的实验数据处理方法。图象具有既能描述物理规律,又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点。当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高。5作图的规则:(1)要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数据特点正确确定坐标起点,使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸。若弹簧
4、原长较长,则横坐标起点可以不从零开始选择。(2)作图线时,尽可能使直线通过较多所描的点,不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远,则是因偶然误差太大所致,应舍去)。(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义,注意分析图象的斜率、截距的意义。要理解斜率和截距的意义可以解决什么问题。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L0;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10 g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6。数据如下表。代表符号
5、L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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)图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“L0”或“Lx”)。(4)由图可知弹簧的劲度系数为_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/s2)【参考答案】(1)竖直(2)静止L31 mm(3)Lx(4)4.910【详细解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起,所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2
6、)弹簧静止时,记录原长L0;表中的数据L3与其他数据有效位数不同,所以数据L3不规范,标准数据应读至cm位的后两位,最后一位应为估读值,精确至mm位,所以刻度尺的最小分度为1 mm。(3)由题图知所挂砝码质量为0时,x为0,所以x=LLx。(4)由图知mg=k(LLx),即mg=kx,所以图线斜率即为弹簧的劲度系数k=4.9 N/m,同理砝码盘的质量=0.01 kg=10 g。1下列关于“探究弹簧弹力与弹簧伸长量关系”实验的说法正确的是A实验中弹力F的具体数值必须计算出来B如果没有测出弹簧原长,用弹簧长度l代替伸长量x,Fl图象也是过原点的一条直线C利用Fx图象可求出k值,其中F为弹簧弹力,x
7、为弹簧伸长量D实验时要把所有点连到直线上,才能得到真实规律【答案】C【解析】弹簧的弹力等于钩码的重力,用质量代替钩码重力也可得出弹簧的弹力与伸长量之间的关系,所以A选项错;Fx图象过原点,Fl图象一定不过原点,B选项错;画图象时,可让大多数点在图象上,少数点均匀分布在图象两侧,D选项错;由胡克定律F=kx知,Fx图象的斜率表示k,选项C正确。2表中是某同学为“探究弹力与弹簧伸长量的关系”时所测的几组数据:弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧的伸长量x/cm2.65.07.29.812.4(1)请你在图中的坐标纸上作出Fx图线;(2)写出图线所代表的函数式(x用m为单位):_;(3)写出
8、函数表达式中常数的物理意义_。(4)若弹簧的原长为40 cm,并且以弹簧的总长度L为自变量,写出函数表达式(单位为N和m):_。【答案】(1)见解析图(2)F=20x(3)弹簧每伸长(或压缩)1 m,其弹力增加20 N(4)F=20(L0.4)(2)由图象得F与x的函数关系式可写为F=kx,而k=20 N/m,故F=20x。(3)函数表达式中的常数表示该弹簧每伸长(或压缩)1 m,其弹力增加20 N。(4)弹簧伸长量x=(L0.4) m,代入(2)中关系式得:F=20(L0.4)。1小明同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好如图所示的实验装置:让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1
9、个钩码,静止时弹簧长度为l1,根据此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1 mm)上位置的放大图,可读出弹簧的长度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。实验中,当挂3个钩码时,弹簧长度为24.95 cm。已知每个钩码质量是50 g,当地重力加速度g=9.80 m/s2,据此小明计算出弹簧的劲度系数为_N/m(结果保留三位有效数字)。2某同学做“探究某根弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系”实验。根据实验数据作出了F与x的关系图象。(1)F与x的比值称为弹簧的劲度系数k,实验得出的k =_N/m。(2)若实验得出的F与x的关系
10、图象中直线的斜率越小说明弹簧越软,轻挂同一重物(在弹簧弹性限度内)软弹簧伸长量比硬弹簧伸长量_(选填“长”或“短”)。3某同学在探究弹力和弹簧伸长的关系,并测定弹簧的劲度系数k。主要实验步骤如下:将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上。当弹簧自然下垂时,指针的指示值记作L0;弹簧下端挂一个砝码时,指针的指示值记作L1;弹簧下端挂两个砝码时,指针的指示值记作L2 ;挂七个砝码时,指针的位置如图所示,指针的指示值记作L7。已知每个砝码的质量均为50 g,测量记录表:代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.40
11、5.106.858.6010.3012.10(1)实验中,L7的值还未读出,请你根据上图将这个测量值填入记录表中。(2)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了四个差值:d1=L4L0,d2=L5L1,d3=L6L2,d4=L7L3。(3)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L。L用d1、d2、d3、d4表示的式子为L=_。(4)计算弹簧的劲度系数k=_N/m。(g取9.8 m/s2)4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)图乙是弹簧
12、所受弹力F与弹簧伸长量x的关系图线,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_。5科考队在玛雅文化发祥地进行探索和研究,发现了一些散落在平整山坡上非常规则的不明圆柱体,有科学家认为是外星人带着玛雅人离开时留下的。于是对其力学性质进行研究,下表为其形变量x与所施加拉力F关系的实验数据F/N0.524.5812.518x/mm123456(1)试猜想此不明圆柱体施加拉力F与其形变量x的关系_;(2)如果想要验证猜想是否正确,应该画出下列哪种图象最能直观准确的表示两者之间的关系_。AFx图象 BFx2图象 CF2x图象 DF2x2图象。6将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不
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