2019高中物理同步重难讲练专题13 实验:探究弹力和弹簧伸长的关系学案 新人教版必修1.doc
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1、1专题专题 1313 实验:探究弹力和弹簧伸长的关系实验:探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验原理和方法一、实验原理和方法1弹簧弹力F的确定:弹簧下端悬挂钩码,静止的钩码处于平衡状态,弹力大小与所挂钩码的重力大小相等2弹簧的伸长量x的确定:弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出,弹簧的伸长量xll0.3图象法处理实验数据:作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象,根据图象可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系二、实验器材二、实验器材铁架台、毫米刻度尺(米尺)、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等三、实验步骤三、实验步骤1按图所示安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时弹簧的长度l0.
2、2在弹簧下端悬挂一个钩码,平衡时记下弹簧的总长度,并记下钩码的重力3增加钩码的个数,重复上述实验过程,将数据填入表格以F表示弹力,l表示弹簧的总长度,xll0表示弹簧的伸长量1234567F/Nl/cmx/cm四、数据处理四、数据处理1以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线,如图所示2以弹簧伸长量为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系,函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数,这个常数也可据Fx图线的斜率求解,k.F x23得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义五、误差分析五、误
3、差分析1偶然误差:由于读数和作图不准产生的误差,为了减小偶然误差要尽量多测几组数据2系统误差:弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差,为减小系统误差,应使用较轻的弹簧六、注意事项六、注意事项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,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大误差3描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧4记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位7某同学探究弹力与弹簧伸长的关系【典例 1】(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
4、在_方向(选填“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 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(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,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_的差值(选填“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
5、度取 9.8 N/kg). 【答案】 (1)竖直 (2)静止 L3 1 mm (3)Lx (4)4.9 103【典例 2】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,看做一根新弹簧,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,同学们做出了如下猜想:甲同学:和电阻并联相似,可能是乙同学:和电阻串联相似,可能是k3=k1k2丙同学:可能是k3=(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
6、L0;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;由F=_计算弹簧的弹力,由x=L1L0计算弹簧的伸长量,由k= 计算弹簧的劲度系数;4改变_,重复实验步骤、,并求出弹簧A的劲度系数的平均值k1;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.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】nmg 钩码的个数 乙【跟踪训练】1(多选)关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,以下说法正确的是( )A弹簧被拉伸时,拉力越大越好B用悬挂钩码的方法
7、给弹簧施加拉力,要使弹簧保持竖直状态C用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要在钩码处于静止状态时读数D用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量【答案】BC 【解析】弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度,选项 A 错误;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要使弹簧保持竖直状态,此时弹簧的弹力等于钩码的重力,选项 B 正确;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要在钩码处于静止状态时读数,选项 C 正确;用刻度尺测得弹簧的长度不是伸长量,是原长和伸长量之和,选项 D 错误2一位同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验,下列的实验步骤是这位同学准备完成的,请你帮这位同学按操作的先后顺序,用字母排列出来是_A以弹簧伸长
8、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L0C将铁架台固定于桌子上,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5D依次在弹簧下端挂上 1 个、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以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式F解释函数表达式中常数的物理意义【答案】CBDAEF 【解析】根据实验步骤可知,操作顺序应为 CBDAEF.3在“探究弹力和弹簧伸长关系”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
9、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的关系图象,如图所示根据图象回答以下问题(1)弹簧的原长为_ m(2)弹簧的劲度系数为_N/m(3)分析图象,总结出弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为_【答案】0.1m;50N/m; ;4. 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
10、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6甲 乙【答案】 25.85 0.98 弹簧原长5小华在课外探究弹簧的长度跟外力的变化关系,利用如图甲所示实验装置记录了相应实验数据如表:钩码质量/g050100150200250300400指针位置/cm2345677.57.5乙(1)小华通过这项研究在实际中可把该弹簧制作成_(2)分析实验数据你可以得到的结论是_(3)小华作出了如图乙三个图象,其中正确的是_【答案】 (1)弹簧测力计 (2)在弹性限度内,弹簧受到的拉力越
11、大,伸长就越长 (3)B【解析】 (1)由表中数据可知,在 02.5 N 的范围内,弹簧的伸长随拉力的增大而加长,且二者比值不变,即弹簧的伸长与所受拉力成正比,据此可制作弹簧测力计(2)由表中数据可知,在 50250 g 的范围内,弹簧的长度随物体质量的增大而均匀变长,即弹簧的长度和受到的重力(拉力)成正比(3)由表中数据可知,弹簧的原长为 2 cm,Fx图线应从x2 cm 处开始,选项 A 错误;当超过弹簧的弹性限度,即使再增加物体的重力,弹簧也不会再伸长,选项 C 错误,B 正确6. 下表是某同学在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中测得的几组数据,g取 10 m/s2.则:7悬挂砝码质量
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