新教材高中物理课时检测12实验探究弹簧弹力与形变量的关系含解析新人教版必修1

1、实:究簧力形量关(25 分钟 50 分1.(15 分(1)某同学在探“力和弹簧伸长的关系时,装好实验装,让刻度尺零刻度与 弹簧上端平,在弹簧下端挂 1 钩,静止时弹簧长度为 如图甲所图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度(最分度是 米上位置的放大,示数 l 。弹簧下端分别挂 个、 个、4 个、5 个同钩,静止时弹簧长度分别是 、 、l 、 。要得到弹 簧伸长量 x,还要测量的是_。出 曲,得到弹力与弹簧伸长量的关系。(2)该同学更换弹簧进重复实得到如图丙所示的弹簧弹力 F 与伸长量 x 的系图线由此可求出该弹簧的劲度系数_N/m图线不过原点的原因是 _。【解析】由毫米刻度尺的读数方法可知图乙中

2、的读数:25.85 cm;本实验中需要求的是弹 簧的形变量故应测量弹簧的原长。(2)由图像可知斜率表示弹簧的度系,k=N/m=200 图不过原点的原因是弹簧有自重使弹簧变长。答案:(1)25.85 弹未挂钩码的长度(2)200 弹簧有自重【补偿训练】某同学在探究弹力和弹簧伸长的关,测定弹簧的劲度系数 k要实验步骤如下:将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后毫米刻度尺竖直放在弹簧一,并弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上。当弹簧自然下垂,针的指示值记作 L ;簧下端挂一个钩码时,指针的指示值记作 ;弹簧下端挂两个钩码,指针的指示值记作 L ;七个钩码时指的位置如图 所示,指针的指示值记作 L 。已每个

3、钩码的质量均为 g,测量记录表:- 1 -代表符号LLLLLLLL刻度数1.703.40 5.10 6.85 8.60 10.30 12.10值cm(1)实验中L 的值还未读出,请根据上图将这个测量值填入记录表_。(2)为充分利用测量数据,该同学所测得的数值按如下方法逐一求,分别计算出了四个差 值d =L ,d =L -L ,d =L -L ,d =L -L (3)根据以上差值,可以求出每增 g 钩码的弹簧平均伸长量 L。L 用 d 、d 、d 、d 表 示的式子为 L=_(4)计算弹簧的劲度系数 k=_N/m。(g 9.8 【解析】尺的最小分度值为 1 mm,刻尺读:L =14.05 cm(

4、3)根据以上差值,可以求出每增 g 钩码的弹簧平均伸长量L。 用 d 、d 、d 表 示的式子为L= =(4)根据胡克定律有m g=kL,充分用测量数据k= = =28 N/m答案:(1)14.05 (3) (4)282.(15 分某学利用如图甲装做“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验。- 2 -(1)在安装刻度尺时必使刻度保_态。(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小 F 与弹长度 的系图线,由此图线可得弹簧的 劲度系数 k=_N/m。(3)他利用本实验原理把该弹簧做成一个弹簧测力计 ,当弹测力计上的示数如图丙所示时 , 该弹簧的长度 =_cm【解析】弹簧是竖直,要减小测量误,刻度尺必

5、须与弹簧平,故度尺要保持竖直状 态。(2)弹力为零时弹簧处于原长,由图像可弹簧的原长为 =4 cm;当弹簧的弹为 2 时弹簧的长度为 =8 cm,长量为 x=4 cm,据胡克定律 F=kx,有k= = N/m=50 N/m;(3)由题图丙可知,弹簧测力计的力为 N;则由胡克定律可知:xm=6 cm,弹簧的长度 l=6 cm+4 cm=10 。答案:(1)竖 (2)50 (3)103.(20 分在探究弹力和弹簧长的关系”的实验,同学采用的实验装置如图所,弹簧弹力的大小等于所挂钩码的重力大小。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 L ,再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端,每次出相应的弹簧总长度 L

6、,总共获得了 6 组验数据。(1)该同学把 组数对应的点标在图像,请你根据这些数据点作出 F 图线- 3 -(2)由此图线可以得出该弹簧的自然长度 劲系数 k=_N/m(计算结果保留两位有效数)。(3)该同学实验时把弹簧水平放,弹簧竖直悬挂相比:优点是_;缺点是_【解析】实验中采用描点,出 F-L 的关系图线如图所示。(2)当弹力为零时,弹簧的形变量,此时弹簧的长度等于弹簧的原,由图读出:弹簧的自 然长度 =5.0 cm。根据胡克定律知, =,可知图线的斜率表示劲度系, 20 N/m(3)优点避免弹簧自身所受重力对实验的影;缺点:弹簧与桌面及绳子与滑轮存在的摩擦造成实验的误差。答案:(1)(2

7、)5.0 20 (3)避弹簧自身所受重力对实验的影响 弹与桌面及绳子与滑轮间存在的 摩擦造成实验的误差【补偿训练】1.某实验小组探究弹簧的劲度系 与长(数的关系;实验装置如图a)所示:一均匀长弹簧竖直悬,7 个指 P 、P 、P 、P 、P 、P 、P 别固定在弹簧上距悬点 0、20、30、 40、50 圈处;通过旁边竖直置的刻度,可以读出指针的位,P 指向 0 刻;设弹簧下端未挂重物,各指针的位置记为 x ;有质量为 0.100 kg 码时各针的位置记为 x;测量结果及部分计算结果如表所示(n 为簧的圈,取重力加速度为 9.80 m/s)。已知实验所用弹 簧的总圈数为 60,整个弹簧的自长度

8、为 11.88 cm。- 4 -PPPPPPx (cm)x(cm)nk(N/m)(m/N)2.042.64101630.006 14.065.26206.067.813056.00.017 98.0510.304043.60.022 910.0312.935033.80.029 612.0115.416028.80.034 7(1)将表中数据补充完整_,_(2)以 n 为坐, 为坐标在(b)给出的坐标纸上画出 n 图线。(3)图b)中画出的直线可以近似为通过原;若从实验中所用的弹簧截取圈数为 n 的段弹 簧该簧的劲度系数 k 与其数 n 关系的表达式为 k=_N/m。(4)该弹簧的劲度系数 与

9、自长度 l(单位为 m)的表达式为 。【解析】(1)中 k= = =81.7 N/m; = m/N=0.012 2 m/N(2)图线如图:- 5 -(3)由图线可知直线的斜率为 ,直线方程满足 = n,即 k= (N/m)(在之间均)(4)由于 60 匝弹的总长度为 11.88 cm; 匝弹的原长满足 = ,代入k=可得:k= (在 之间均可)答案:(1)81.7 0.012 2 (2)图解析(3)(在 之间均) (4) (在 之间均可2.某同学探究弹力与弹簧伸长量关系。(1)将弹簧悬挂在铁架台,将度尺固定在弹簧一,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

10、弹簧_时,长度记为 L ,弹下挂上砝码盘,长度记为 ;砝 码盘中每次增加 10 g 砝码弹长度依次记为 L 至 L ,数据如: 代表符号LLLLLLLL数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规,代符号。由可知所用刻度尺最小分度值为 。(3)如图是该同学根据表中数据作的,纵轴是砝码的质量横是弹簧长度_选填“L 或“ ”)差值。 - 6 -(4)由图可知弹簧的劲度系数_N/m;通过图表可知砝码盘的质量_g(结 果保留两位有效数字重力加速度取 9.8 m/s)【解析(1)将弹簧悬挂在铁架台将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和刻度尺都应在竖直 方向。(2)表中有一个数值记录不规,的最小分度值为 1 mm,所以长度 L 应为33.40 cm,由表可知所