2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第二节 探究弹力与弹簧伸长量的关系学案 新人教版

1、2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第二节 探究弹力与弹簧伸长量的关系学案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第十七章 实验 第二节 探究弹力与弹簧伸长量的关系学案 新人教版年级：姓名：- 11 -第二节探究弹力与弹簧伸长量的关系1实验原理弹簧受到拉力作用会伸长，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(如实验原理图所示)。(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

2、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，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数。开心小结：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。(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fkx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

3、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。例1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

4、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_。 测量记录表：代表符号l0l1l2l3l4l5l6l7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1(2)实验中，l3和l7两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。(3)计算弹簧的劲度系数k_n/m。(g取9.8 m/

5、s2) 【解答】(1)l5，l6。(读数时应估读一位，所以其中l5、 l6两个数值在记录时有误。) (2)6.85(6.846.86)，14.05(14.0414.06)。(注意要估读一位) (3)fkxk28 n/m。例2用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于a点，另一端b用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点p对应刻度如图乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，p点对应刻度如图乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50 g，重力加速度g9.8 m/s2，则被测弹簧的劲度系数为_n/m。挂三个钩码时弹簧的形变量为_cm。【解析】

6、对钩码进行受力分析，根据平衡条件和胡克定律，得x31.8031.100.007 mfkxk70 n/m挂三个钩码时，可列方程(mmm)gkxx m2.10102 m2.10 cm。【答案】 702.10例3如图，某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。实验时，将原长约200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量。根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力f关系的图象如图所示。从图象中可以得出()a增挂钩码时l与f成正

7、比，而减挂钩码时l与f不成正比b当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大c当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等d增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度【解析】 本小题解题的关键在于弄清为什么两个图象会错开。实验中由于增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度，橡皮筋无法及时回复原长，两条图象才会出现差异。【答案】 d1(多选)关于“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验，下列说法中正确的是()a本实验用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，待钩码平衡时再读出弹簧的长度b用刻度尺测量出的弹簧长度可近似认为是弹簧的伸长量c实验结

8、束后作图象时，要把所有的点都连接起来，才能探索得到真实的规律d如果实验时没有测量弹簧的原长，用弹簧的长度l代替弹簧的伸长量x，作出的fl图象不是一条过原点的直线 2.做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验步骤如下：a以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(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(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重)，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；d依次在弹簧下端挂上2个、3个、4个钩码，并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

9、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：_。3(2014新课标2)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(a)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0.100 kg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(

10、n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2)。已知实验所用弹簧的总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm。指针位置p1p2p3p4p5p6x0/cm2.044.066.068.0510.0312.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/(n/m)16356.043.633.828.8/(m/n)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)将表中数据补充完整：_：_ , _：_ ；(2)以n为横坐标，为纵坐标，在图(b)给出的坐标纸上画出n图象；(3)图(b)中画出的直线可以近似认为通过原点；

11、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)的表达式为k_n/m。4某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧竖直悬挂于某一深度h25.0 cm，且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内，但测力计可以同弹簧的下端接触)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端弹簧的长度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l而测出对应的弹力f，作出fl变化的图线如图乙所示，则弹簧的劲度系数为_ n/m，弹簧的原长l0_m。1(多选)在“探究弹力

12、和弹簧伸长的关系”实验中，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(2015四川)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 mm)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、

13、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g9.8 m/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。3(多选)如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力的关系图象，如图乙所示。则下列判断正确的是()a弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比b弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比c该弹簧的劲度系数是200 n/md该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变4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

14、在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在_(选填“水平”或“竖直”)方向。(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l0lxl1l2l3l4l5l6数值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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刻度值为_。(3)上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_(选填“l0或l1”)的差值。(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_

15、g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)。第二节探究弹力与弹簧伸长量的关系课堂练习1ad【解析】用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要保证弹簧位于竖直位置，使钩码的重力等于弹簧的弹力，要待钩码平衡时再读读数，故a正确。弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故b错误。描点作图时，将偏离比较远的点舍去，图线若为直线，大部分点应落在直线上或分居直线两侧，故c错误。根据胡克定律fkx，x为形变量，知弹簧的弹力与形变量成正比，但是弹力与弹簧长度的关系图线不过原点，故d正确。2cbdaefg3(1)81.70.012 2(2)(3)4【答案】1000.15【解析】由胡克定律可得fkxk(hll0)k(hl0)kl。因此fl图线的斜率即为弹簧的劲度系数k n/m100 n/m，k(hl0)10 n，得l00.15 m。 课后练习1ab【解析】本实验中应以需要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，以改变对弹簧的拉力，来探索弹力与弹簧伸长的关系。所以选a、b。2【答案】25.850.98弹簧的原长l0【解析】根据题图2指