3mjt-最经典高中物理实验-(二)探究弹力和弹簧伸长的关系.pdf
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1、(二)探究弹力和弹簧伸长的关系考点考级实验原理与实验操作()命题点 2:考查实验操作实验数据处理与误差分析()实验拓展与创新()命题点 2:实验创新命题点命题点 1:考查实验原理命题点:实验数据处理与误差分析命题点 1:实验拓展2014课标卷,23考查频率一、实验目的1探究弹力和弹簧伸长的关系2培养学生实验探究的能力二、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、钩码若干、毫米刻度尺、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸四、实验步骤1安装实验仪器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),列表作出记录,要尽可
2、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图线,所画的点不一定正好在这条图线上,但要注意使图线两侧的点数大致相同五、数据处理1解析法:以弹簧的伸长量为自变量,写出图线所代表的函数解析式,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数2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3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六、注意事项1对钩码的要求(1)所挂钩码不要过
3、重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度(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2测量与记录数据(1)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(2)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作图象:描点画线时,所描的点不一定都落在一条线上,但应注意一定要使尽可能多的点落在线上,其余各点均匀分布在线的两侧七、误差分析1弹簧长度的测量和作图象时造成偶然误差2钩码标值不准确造成系统误差考点一实验原理与实验操作命题点 1考查实验原理1(2018安徽省名校联考)某同学在研究性学习中,利用所学的知识解决了如下问题:一轻弹簧一端固定于某一深
4、度为h0.25 m、 且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的左部分位于筒内),如图甲所示,如果本实验的长度测量工具只能测量出筒口右端弹簧的长度l,现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变挂钩码的个数来改变l,作出F-l 变化的图线如图乙所示(1)由此图线可得出的结论是_;(2)弹簧的劲度系数为_N/m,弹簧的原长 l0_m;(3)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,优点在于_;缺点在于_.【解析】设弹簧原长为 l0,由题图可知,弹簧伸长量可表示为 llhl0,由胡克定律可得 Fklk(lhl0),F-l 图线斜率表示弹簧的劲度系数,k100 N/m;F-l 图线在
5、纵轴截距表示 l0 时 F10 N,代入 Fk(lhl0),解得弹簧的原长 l00.15 m.【答案】(1)在弹性限度内,弹力与弹簧的伸长量成正比(2)1000.15(3)避免弹簧自身所受重力对实验的影响弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差命题点 2考查实验操作2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 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由于_(4)为完成该实验,设计的
6、实验步骤如下:A以弹簧伸长量 x 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,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
7、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、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度);(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点,代入 Fkx 可得 k200 N/m,由于弹簧自重的原因,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、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)(3)200弹簧自重(4) CBDAEFG考点二实验数据处理与误差分析实验数据处理与误差分析3. (2015福建卷,19(1)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
8、所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;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l 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l 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_.【解析】(1)由乙图知,读数为 14.66 cm,所以弹簧伸长(14.667.73) cm6.93 cm;(
9、2)若随意增减砝码,会作图不方便,有可能会超出弹簧形变范围,所以应逐一增挂钩码,选项A 正确;(3)由图知AB 段伸长量与弹力不成线性关系,是因为钩码重力超过弹簧弹性范围【答案】(1)6.93(2)A(3)钩码重力超过弹簧弹性范围处理实验数据的方法1列表分析法: 分析列表中弹簧拉力 F 与对应弹簧的形变量x 的关系,可以先考虑 F和 x 的乘积,再考虑 F 和 x 的比值,也可以考虑F 和(x)2的关系或 F 和 x的关系等,F结论:为常数x2图象分析法:作出 F x 图象,如图所示此图象是过坐标原点的一条直线,即 F和 x 成正比关系作图的规则:(1)要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵
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