2022届高三统考物理人教版一轮复习学案：实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 WORD版含答案.docx

1、实验二探究弹力和弹簧伸长的关系实验溯本求源注意事项1不要超过弹性限度实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超出弹簧的弹性限度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观察所描点的走向不要画折线误差分析1产生原因(1)钩码标值不准确(2)弹簧长度测量不准确(3)描点、作图不准确2减小方法(1)弹簧一端固定，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(2)固定刻度尺，多测几次(3)坐标轴的标度尽量大一些，描线时让尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧实验热点探究热点一教材原型实验例1 一名同学用图示装置做“测定弹簧的劲度系数”的实验(1)以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验

2、步骤，请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上_A以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据(l，m)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来；B记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度l0；C将铁架台固定于桌子上，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个钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码；E由图象找出ml间的函数关系，进一步写出弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度取g10 m/s2)；求出弹簧的劲度系数(2)图为根据实验测得数据标出的对应点，请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的

3、关系图线(3)写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式：_.(4)此实验得到的结论是：此弹簧的劲度系数k_ N/m.(计算结果保留三位有效数字)(5)如果将指针分别固定在图示A点上方的B处和A点下方的C处，作出钩码质量m和指针所对刻度l的关系图象，由图象进一步得出的弹簧的劲度系数kB、kC.kB、kC与k相比，可能是_(请将正确选项的字母填在横线处)AkB大于k BkB等于kCkC小于k DkC等于k练1在探究弹力和弹簧的关系实验中，小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验，由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系如图a所示，由图求得弹簧乙的劲度系数为_N/m.若要在两根弹簧中选

4、用一个来制作精度较高的弹簧测力计，应选弹簧_；用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力，如图b所示，物体重_N.练22018全国卷，22如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针现要测量图(a)中弹簧的劲度系数当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_ cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_ N

5、/m(保留3位有效数字)热点二实验拓展创新题型1|实验装置改进例2 2019海南某同学利用图a的装置测量轻弹簧的劲度系数图中，光滑的细杆和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂砝码(实验中，每个砝码的质量均为m50.0 g)弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在刻度尺上读出实验步骤如下：在绳下端挂上一个砝码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触；系统静止后，记录砝码的个数及指针的位置；逐次增加砝码个数，并重复步骤(保持弹簧在弹性限度内)；用n表示砝码的个数，l表示相应的指针位置，将获得的数据记录在表格内回答下列问

6、题：(1)根据下表的实验数据在图b中补齐数据点并做出ln图象n12345l/cm10.4810.9611.4511.9512.40(2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及ln图线的斜率表示，表达式为k_.若g取9.8 m/s2，则本实验中k_N/m(结果保留3位有效数字)题型2|实验器材与方法的创新例3 用如图所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系轻弹簧上端固定一只力传感器然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量测量数据如表格所示：伸长量x/102 m2.004.006.008.0010.0

7、0弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在如图的坐标纸上描绘出能够正确反映弹力与伸长量关系的图线(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为_(保留两位有效数字)题型3拓展实验探究橡皮筋伸长与所受拉力的关系例4 2020宝鸡质检某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数(遵循胡克定律且实验中弹力始终未超过弹性限度)，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为L0的橡皮筋的上端固定在O点，下端挂一重物用与白纸平行的水平力(由拉力传感器显示其大小)作用于N点，静止时记录下N点的位置a，请回答：(1)若拉力传感器显示的拉力大小为F，用刻度尺测量橡皮筋ON的长

8、为L及N点与O点的水平距离为x，则橡皮筋的劲度系数为_(用所测物理量表示)(2)若换用另一个原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时N点的位置b，发现O、a、b三点刚好在同一直线上，其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是_A第二次拉力传感器显示的拉力示数较大B两次拉力传感器显示的拉力示数相同C第二次所用的橡皮筋的劲度系数小D第二次所用的橡皮筋的劲度系数大练32021江苏模拟小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力他设计了如图1所示的实验装置，其中MN是一条长20 cm、电阻为20 的均匀电阻丝电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头P相连，上端连有接线柱将电阻线固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，P可沿MN

9、自由的滑动直流电源的电动势为4.5 V，内阻可忽略将电阻箱的阻值设定为40 ，当拉力为0时，P刚好触及到电阻丝的顶点M，此时让接入的电压表读数为0.(1)为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图(导线要接在接线柱上)(2)当P触及到端点N时，电压表的读数为_V.(3)已知该弹簧的伸长量x与拉力F关系图线如图2所示，则弹簧拉力F与电压表读数U的关系式为_练42020深圳中学第六次月考某研究性学习小组的同学设计了探究轻质弹簧的相关特性的实验(1)如图甲所示，将轻质弹簧上端固定于铁架台上，在弹簧下端依次增加钩码的个数，测量出弹簧相应的长度(在弹性限度内)，部分数据已经填入表格中，由这些数据可得出该弹簧

10、的劲度系数k_N/m(重力加速度g取10 m/s2)；钩码质量/g050100150弹簧长度/cm6.508.5010.5012.50(2)如图乙所示，将此轻质弹簧一端固定在水平木板左端的挡板上，另一端紧靠(不粘连)一质量为m、带有挡光片的小滑块，将弹簧压缩到位置P后由静止释放当光电门到P点的距离为x时(x大于弹簧的压缩量)，测出小滑块上的挡光片通过光电门的时间为t，已知挡光片的宽度为d，则小滑块到达光电门的动能Ek_.只改变光电门的位置，测出多组数据(每次小滑块都能通过光电门)，并作出Ekx图象如图丙所示已知该图线斜率的绝对值为k0，纵轴截距为b，则可知小滑块与木板间的动摩擦因数为_，释放小

11、滑块时弹簧的弹性势能Ep_.(均用题给物理量字母表示)实验二探究弹力和弹簧伸长的关系例1解析：(3)ml图线的斜率k1.25 kg/m，弹簧的劲度系数kkg，则弹簧弹力和长度l的关系为Fgk(ll0)l015102 m，所以F12.5(l0.15)(4)kkg1.2510 N/m12.5 N/m(5)指针固定在B处，测量弹簧伸长量时偏小，由Fkl可知，k偏大，A正确；指针固定在C处，不影响弹簧伸长量的测量，k值不变，D正确答案：(1)CBDAE(2)如图所示(3)F12.5(l0.15)(4)12.5(5)AD练1解析：注意该图象中纵坐标表示伸长量，横坐标表示拉力，斜率的倒数表示弹簧的劲度系数

12、，由此可求出k乙5-00.025-0200 N/m.由于甲的劲度系数小，因此其精度高，若要在两根弹簧中选用一个来制作精度较高的弹簧测力计，应选弹簧甲用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力，如题图b所示，物体重4.0 N.答案：200甲4.0练2解析：主尺读数3.7 cm，即37 mm，游标卡尺第15刻度线与主尺上某刻度线对齐，所以总读数为37 mm15120 mm37.75 mm3.775 cm；由Fkx得kFxmgx2-x10.1009.83.775-1.95010-2 N/m0.981.82510-2 N/m53.7 N/m答案：3.77553.7例2解析：(1)描出点后，作出图线如答案图所

13、示(2)ln图线的斜率为ln由胡克定律有Fkl即nmgkl联立以上各式可得：kmg由图可得：斜率约为：0.48102劲度系数约为：k102 N/m答案：(1)图线如图所示(2)mg102例3解析：横轴表示伸长量x，纵轴表示弹力F，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，图象斜率代表弹簧劲度系数答案：(1)如图(2)75 N/m(7377 N/m均对)例4解析：(1)设轻质弹簧与竖直方向的夹角为，重物的重力为G.结点N在竖直向下的拉力(大小为G)、轻质弹簧对其的拉力T和水平拉力F作用下处于平衡状态，有sin FT，其中sin xL，Tk(LL0)，解得kFLxL-L0.(2)由(1)还可得FG t

14、an ，TGcos因为两次实验中G、均相同，所以两次拉力传感器显示的拉力示数相同，两次轻弹簧的拉力也相同，而轻弹簧的原长相同，第二次所用的轻质弹簧的伸长量大，由胡克定律知第二次所用的轻质弹簧的劲度系数小答案：(1)FLxL-L0(2)BC练3解析：(1)当拉力为0时，P刚好触及到电阻丝的端点M，此时让接入的电压表读数为0，即整个电路中，MN相当于滑动变阻器，采用分压式接法，故连接图如图所示：(2)当P触及到端点N时，电压表的读数即MN电阻分得的电压，根据闭合电路的欧姆定律可知UERMN+R电阻箱RMN1.50 V.(3)由图2可知，x0.5F，x段电阻大小为rx20200.5F.根据闭合电路的欧姆定律可知UERMN+R电阻箱r，解得F803U.答案：(1)见解析(2)1.50(3)F803U练4解析：(1)由表中数据可得，弹簧的劲度系数为kFxmgx25 N/m；(2)小滑块通过光电门的速度vdt，小滑块到达光电门时的动能Ek12mv212mdt2；从释放小滑块到小滑块通过光电门，根据能量守恒可得EkEpmgx，Ek x图象斜率的绝对值为k0，纵轴截距为b，则Epb，k0mg，解得小滑块与木板间的动摩擦因数为k0mg.答案：(1)25(2)12mdt2k0mgb