《备考指南一轮 物理 》课件-实验2

第二章实验二知识巩固练习1．(多选)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，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【答案】AB【解析】本实验中应以所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，改变弹簧的拉力，以探究弹力与弹簧伸长的关系，所以选AB．2．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图像，如图所示．根据图像回答以下问题．(1)弹簧的原长为________．(2)弹簧的劲度系数为________．(3)分析图像，总结出弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为________________．【答案】(1)10cm(2)1000N/m(3)F＝1000(L－0.10)N【解析】(1)由题图知，当不挂钩码时，弹簧长10cm，即弹簧原长为10cm.(2)弹簧的劲度系数等于图像的斜率，即k＝eq\f(40,14－10×10－2)N/m＝1000N/m.(3)由数学函数关系可得弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为F＝1000(L－0.10)N.3．(2020年湖南名校模拟)小华在家中找到两根一样的轻弹簧P和Q、装有水的总质量m＝1kg的矿泉水瓶、刻度尺、量角器和细绳等器材，设计如下实验验证力的平行四边形定则．取重力加速度g＝10m/s2，其操作如下：a．如图甲所示，将弹簧P上端固定，让其自然下垂，将矿泉水瓶通过细绳连接在弹簧P下端，待矿泉水瓶静止后用刻度尺测出此时弹簧P的长度L1；b．如图乙所示，在两弹簧间用一细线连接，矿泉水瓶用一挂钩挂上，挂钩上涂抹少许润滑油，将细绳搭在挂钩上，缓慢地拉起弹簧Q，使弹簧P偏离竖直方向夹角为60°，测出弹簧Q的长度为L2及其轴线与竖直方向夹角为θ.(1)由图甲可得L1＝__________cm.(2)则当L2＝__________cm，θ＝__________时，就验证了力的平行四边形定则．【答案】(1)17.50(2)17.5060°【解析】(1)由图知，刻度尺上1cm之间有10个小格，所以一个小格代表1mm，即刻度尺的分度值为1mm，根据甲图可知，物体的长度为L1＝17.50cm.(2)若要验证力的平行四边形定则，则两个弹簧拉力的合力与重力等大反向，根据几何关系可知，若两根弹簧的拉力相等，即弹簧的长度相等，与竖直方向的夹角也相等，此时F1＝F2＝mg，即可验证力的平行四边形定则，因此L2＝17.50cm，θ＝60°.(图乙的设计使瓶子挂钩能自由移动，使得弹簧受力相等)4．某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．实验时，先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0＝4.6cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x，数据记录如下表所示.钩码个数12345弹力F/N1.02.03.04.05.0弹簧的长度x/cm7.09.011.013.015.0(1)根据表中数据在下图中作出F－x图线．(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝______N/m.(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是____________________________________．【答案】(1)如图所示(2)50(3)弹簧自身重力的影响【解析】(1)用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系，由于实验误差，依据实验数据描成的点有时不会完全在一条直线上．这时所作直线应尽量多地通过这些点，并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线两侧．明显与其他的点相差很远的点应该舍去．该题中所给出数据恰好可以在一条直线上，所以直接描点用刻度尺作图即可．(2)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比．由ΔF＝kΔx得k＝eq\f(ΔF,Δx)＝50N/m，即图线的斜率为弹簧的劲度系数．(3)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样，平放时稍短一些．量取L0时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上，让其自然下垂，再用毫米刻度尺量得自然状态下的原长．综合提升练习5．(2019年高安名校模拟)某同学利用图甲所示装置来研究弹簧弹力与形变的关系.设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间由轻弹簧相连，A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连．挂钩上可以挂上不同质量的物体C．物块B下放置一压力传感器．物体C右边有一个竖直的直尺，可以测出挂钩的下移的距离．整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度g＝9.8m/s2.实验操作如下：①不悬挂物块C，让系统保持静止，确定挂钩的位置O，并读出压力传感器的示数F0；②每次挂上不同质量的物块C，用手托住，缓慢释放．测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离xi，并读出相应的压力传感器的示数Fi；③以压力传感器示数为纵轴，挂钩下移距离为横轴，根据每次测量的数据，描点作出F－x图像如图乙所示．(1)由图像可知，在实验误差范围内，可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成________(填“正比”“反比”或“不确定关系”)；(2)由图像可知：弹簧劲度系数k＝________N/m；(3)如果挂上物块C的质量mC＝3m0，并由静止释放，当压力传感器的示数为零时，物块C的速度v0＝________m/s.【答案】(1)正比(2)98(3)1.4【解析】(1)对B分析，根据平衡有F弹＋mg＝F，可知F与弹簧弹力呈线性关系，又F与x呈线性关系，可知弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比．(2)由题意可知，F－x图线斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数，则k＝eq\f(19.6,0.2)N/m＝98N/m.(3)未挂物块C时，弹簧处于压缩状态，弹力等于m0g；当压力传感器示数为零时，可知弹簧处于伸长状态，弹力为m0g，可知弹簧的压缩量和伸长量相等，则弹簧的弹性势能不变．根据系统机械能守恒，(mC－m0)gh＝eq\f(1,2)(mC＋m0)v2，将h＝0.2m、mC＝3m0代入数据解得v0＝1.4m/s.6．(2019年成都模拟)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起，看作一根新弹簧，设原粗弹簧(记为A)劲度系数为k1，原细弹簧(记为B)劲度系数为k2，套成的新弹簧(记为C)劲度系数为k3.关于k1、k2、k3的大小关系，同学们作出了如下猜想：甲同学：和电阻并联相似，可能是eq\f(1,k3)＝eq\f(1,k1)＋eq\f(1,k2)乙同学：和电阻串联相似，可能是k3＝k1＋k2丙同学：可能是k3＝eq\f(k1＋k2,2)(1)为了验证猜想，同学们设计了相应的实验(装置见图甲)．(2)简要实验步骤如下，请完成相应填空．a．将弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧A的自然长度L0；b．在弹簧A的下端挂上钩码，记下钩码的个数n、每个钩码的质量m和当地的重力加速度大小g，并用刻度尺测量弹簧的长度L1；c．由F＝________计算弹簧的弹力，由x＝L1－L0计算弹簧的伸长量，由k＝eq\f(F,x)计算弹簧的劲度系数；d．改变________，重复实验步骤b、c，并求出弹簧A的劲度系数的平均值k1；e．仅将弹簧分别换为B、C，重复上述操作步骤，求出弹簧B、C的劲度系数的平均值k2、k3.f．比较k1、k2、k3并得出结论．(3)图乙是实验得到的图线，由此可以判断________同学的猜想正确．【答案】(2)nmg钩码的个数(3)乙【解析】(2)根据共点力平衡可知F