全国卷1探究胡克定律实验有详细答案

..全国卷1探究胡克定律实验有详细答案,>1．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科学方法．2．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；弹簧的伸长越大,弹力也就越大．3．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．4．实验步骤<1>安装实验仪器．<2>测量弹簧的伸长<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．1．数据处理<1>解析法：以弹簧的伸长为自变量,写出图线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数．<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．2．注意事项<1>对钩码的要求①所挂钩码不要过重,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>画图象描点画线时,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．3．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．对原理和操作的考查<2015·高考XX卷>某同学做"探究弹力和弹簧伸长量的关系"的实验．甲乙丙<1>图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73cm；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Δl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Δl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>图乙的示数为14.66cm,所以弹簧的伸长量为<14.66－7.73>cm＝6.93cm.<2>为了得到较多的数据点,应逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码弹簧的长度和钩码的总重力,即A正确．<3>不遵循胡克定律,说明超出了弹簧的弹性限度．[答案]<1>6.93<2>A<3>超出弹簧的弹性限度1．<2015·高考XX卷>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,如图甲所示,图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺<最小分度是1毫米>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、l5.已知每个钩码质量是50g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2＝________N<当地重力加速度g＝9.8m/s2>．要得到弹簧伸长量x,还需要测量的是________．作出F－x曲线．得到弹力与弹簧伸长量的关系．解析：由题图乙知l1＝25.85cm.挂两个钩码时,弹簧弹力F＝0.98N．要测弹簧伸长量,还需要测量弹簧的原长．答案：25.850.98弹簧原长2．<2014·高考XX卷>在"探究弹力和弹簧伸长的关系"时,某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．<1>某次测量如图乙所示,指针示数为________cm.<2>在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数LA和LB如下表所示．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m<重力加速度g＝10m/s2>．由表中数据________<填"能"或"不能">计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36解析：<1>刻度尺读数需要估读到精确位的下一位,从题图乙可知指针示数为16.00cm,考虑到误差范围,15.95～16.05cm均算对．<2>由胡克定律F＝kΔx,结合表格数据可知弹簧Ⅰ的劲度系数k1＝eq\f<50×10－3×10,<19.71－15.71>×10－2>N/m＝12.5N/m,考虑误差范围情况下12.2～12.8N/m均算正确；对于计算弹簧Ⅱ的劲度系数,只需要测出弹簧Ⅱ的形变量,结合两个指针的读数,可知指针B的示数变化量减去指针A的示数变化量,就是弹簧Ⅱ的形变量,所以能求出弹簧Ⅱ的劲度系数．答案：<1>16.00<15.95～16.05><有效数字位数正确><2>12.5<12.2～12.8>能数据处理及误差分析<2014·高考全国卷Ⅱ>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0.100kg的砝码时,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<n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2>．已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm.P1P2P3P4P5P6x0<cm>2.044.066.068.0510.0312.01x<cm>2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k<N/m>163①56.043.633.828.8eq\f<1,k><m/N>0.0061②0.01790.02290.02960.0347<1>将表中数据补充完整：①________,②________.<2>以n为横坐标,eq\f<1,k>为纵坐标,在下图给出的坐标纸上画出eq\f<1,k>－n图象．<3>上图中画出的直线可近似认为通过原点．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>的关系的表达式为k＝________N/m.[解析]<1>①k＝eq\f<mg,Δx2>＝eq\f<0.100×9.80N,<5.26－4.06>×10－2m>≈81.7N/m；②eq\f<1,k>＝eq\f<1,81.7>m/N≈0.0122m/N.<2>描点法,画一条直线,让大部分的点都落在直线上,或均匀分布在直线两侧．<3>设直线的斜率为a,则有eq\f<1,k>＝an,即k＝eq\f<1,a>·eq\f<1,n>,通过计算斜率即可求得；弹簧共60圈,则有n＝eq\f<60l0,0.1188>,把其代入k＝eq\f<1,a>·eq\f<1,n>中可求得．[答案]<1>①81.7②0.0122<2>如图所示<3>eq\f<1.75×103,n>eq\b\lc\<\rc\><\a\vs4\al\co1<\f<1.67×103,n>～\f<1.83×103,n>>>eq\f<3.47,l0>eq\b\lc\<\rc\><\a\vs4\al\co1<\f<3.31,l0>～\f<3.62,l0>>>3．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10g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<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>如图为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9.8m/s2>．解析：<1>悬挂法测量弹簧的弹力时,弹簧轴线和刻度尺应在竖直方向上．<2>当弹簧静止时,读出弹簧的原长,此时误差较小；表中数据L3与其他数据有效位数不同,所以数据L3不规范,由表格中的数据可知刻度尺的最小刻度为1mm.<3>图象经过坐标原点,纵轴是砝码的质量,则横轴为与所挂钩码质量相对应的弹簧的伸长量,所以横轴是弹簧长度与Lx的差值．<4>由图象知,弹簧的劲度系数为k＝eq\f<ΔF,Δx>＝eq\f<60×10－3×9.8,12×10－2>N/m＝4.9N/m,砝码盘的质量m＝eq\f<k<Lx－L0>,g>＝0.01kg＝10g.答案：<1>竖直<2>静止L31mm<3>Lx<4>4.9104．为了探究弹力F和弹簧伸长量x的关系,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示图象．<1>从图象上看,该同学没能完全按照实验要求做,从而使图象上端成为曲线,图象上端成为曲线是因为________________________________．<2>甲、乙弹簧的劲度系数分别为________N/m和________N/m<结果保留三位有效数字>；若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧________<填"甲"或"乙">．<3>从上述数据和图线中分析,请对这个研究课题提出一个有价值的建议．解析：<1>在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,超过弹簧的弹性限度,则此规律不成立,所以所给的图象上端为曲线,是因为弹簧的形变量超过其弹性限度．<2>甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为k甲＝eq\f<ΔF甲,Δx甲>＝eq\f<4,6×10－2>N/m≈66.7N/mk乙＝eq\f<ΔF乙,Δx乙>＝eq\f<8,4×10－2>N/m＝200N/m要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选用在一定的外力作用时,弹簧的形变量大的弹簧,故选弹簧甲．<3>建议：实验中钩码不能挂太多,以保证弹簧的形变量在弹性限度内．答案：<1>弹簧的形变量超过其弹性限度<2>66.7200甲<3>见解析探究弹力和弹簧伸长的关系扫一扫进入91daoxue精品微课本实验的系统误差来自弹簧的重力,所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响．1．一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杆,在水平方向做实验；或是选择劲度系数较小的轻弹簧,通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度．2．利用计算机及传感器技术,将弹簧水平放置,且一端固定在传感器上,传感器与计算机相连,对弹簧施加变化的作用力<拉力或推力>时,计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象<如图甲、乙所示>,分析图象得出结论．3．运用k＝eq\f<ΔF,Δx>来处理数据<1>将"弹力变化量"转化为"质量变化量"；<2>将"弹簧伸长量"转化为"弹簧长度变化量"．范例在探究弹簧的弹力与伸长量之间关系的实验中,所用装置如图甲所示,将轻弹簧的一端固定,另一端与力传感器连接,其伸长量通过刻度尺测得,某同学的实验数据列于下表中：伸长量x/×10－2m2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50<1>以x为