（实验优化演练 优化方案）2016年高三物理大一轮复习讲义 实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系

（实验优化演练 优化方案）2016年高三物理大一轮复习讲义 实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系内容摘要：

1、高中物理资源下载平台世昌的博客 探究弹力和弹簧伸长的关系学生用书 、实验目的1探究弹力和弹簧伸长的定量关系2学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系二、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；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大三、实验器材铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸四、实验步骤1安装实验仪器(见实验原理图 )将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，让其自然下垂，在靠近弹簧处将刻度尺( 最小分度为 1 定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直2用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 原长3在弹簧下端挂质量为 钩码，量出此时弹簧的长度 录 入自己 2、设计的表格中4改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录 m2、m 3、m 4、m 5 和相应的弹簧长度 l2、l 3、l 4、l 5，并得出每次弹簧的伸长量 x1、x 2、x 3、 x4、x 度 伸长量 x1l 1l 0 x2l 2l 0 x3l 3l 0 ,一、数据处理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二、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高中物理资源下载平台世昌的博客 3、 画图时描点及连线不准确也会带来误差三、注意事项1每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力有可能与钩码重力不相等2弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的弹性限度3测量有关长度时，应区别弹簧原长 际总长 l 及伸长量 x 三者之间的不同，明确三者之间的关系4建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小5描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是光滑的曲线考点一实验原理和数据处理学生用书 (2014高考新课标全国卷) 某实验小组探究弹簧的劲度系数 圈数)的关系实验装置如图甲所 4、示：一均匀长弹簧竖直悬挂， 7 个指针 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6 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，P 0 指向 0 刻度设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为 挂有质量为 砝码时，各指针的位置记为 n 为弹簧的圈数，取重力加速度为 m/已知实验所用弹簧总圈数为 60，整个弹簧的自由长度为 2 4 6x0(0 20 30 40 50 60k(N/m) 163 8.8(m/N) (1)将表中数据补充完整：_，_.(2)以 n 为横坐标， 为纵坐标，在图乙给出的坐标纸上画出 n 图象1k 1k(3)图 5、乙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 位为 m)的关系的表达式为 k _N/m.解析(1)由胡克定律有 k N/m，故有10 2高中物理资源下载平台世昌的博客 m/)作图过程略，图见答案(3)因 n 图线是一条过原点的直线，由图可得图线的斜率约为 04 m/N，故10 4 n，即 k (N/m)，由表中 n 与 n 与原1k 03n长 n500l 0，故 k (N/m)03500案(1)(2) n 图象如图所示1k(3) (在 之间均同样给分)03n 6、03n 03n(在 之间均同样给分 )验过程及误差分析学生用书 如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_.(2)实验中需要测量的物理量有：_.(3)图乙是弹簧弹力 F 与弹簧伸长量 x 的 Fx 图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_N/4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组( 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 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把刻度尺；D依次在弹簧下 7、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高中物理资源下载平台世昌的博客 ，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：_.解析(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度 )(3)取图象中()和() 两个点，代入 F得 k200 N/m，由于弹簧自身的重力，使得弹簧不加外力时就有 8、形变量(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为 答案(1)刻度尺(2) 弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量( 或对应的弹簧长度) (3)200 弹簧自身存在重力 (4)生用书 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重的影响：1一个方案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利用传感器：将弹簧水平放置，一端固定在传感器上，对弹簧施加变化的作用力(推力或拉力) 时，得到对应的弹簧形变量(2015云南昆明模拟) 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 9、刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中：伸长量 x/102 m (1)以 x 为横坐标、F 为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量之间的关系图线(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_( 保留三位有效数字)解析(1)描点作图，如图高中物理资源下载平台世昌的博客 (2)根据图象，该直线为过原点的一条倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，k 答案(1)见解析(2)N/m点评本方案在水平方向上测量实验数据，消除了由弹簧自身重量引起的误差；用力传感器测量弹力，避免了采用定滑轮、钩码做实验时因摩擦带来的误差，提高了实验精度学生用书 (1)在“探究弹力和弹簧 10、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用几根不同的弹簧，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)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长 把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度 L，把 LL 0 作为弹簧的伸长量 x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是()解析：(2)由于弹簧自身重力的影响，未挂钩码时，弹簧就伸长了一定长度，故只有 案：( 11、1) (2)2015深圳模拟)某同学利用如图甲装置做 “探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小 F 与弹簧长度 x 的关系图象由此图象可得该弹簧的原长 _度系数 k_N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度 x世昌的博客 ：(2)x 0为乙图中 F0 时的 x 值，即 N/m50 N/16 410 2(3)测力计示数 F，由乙图知弹簧长度 x10 1)竖直(2)4 50(3)103(2015湖北八校联考)如图为 “测量弹簧劲度系数”的实验装置图，弹簧的上端固定在铁架台上，下端装有指针及挂钩，指针恰好指向一把竖直立起的毫米刻度尺现在测得在挂钩上挂上一定数量钩码时指针在刻度尺上的读数如下表：钩码数 n 0 1 2 3 4 5刻度尺读数xn(0 g，当地重力加速度 g9.8 m/1)请根据表格数据计算出弹簧的劲度系数 k。