1、实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系,一、基本原理与操作,二、注意事项,1.安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧.,2.不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，,以免超过弹簧的弹性限度.,3.尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几,组数据.,4.观察所描点的走向：不要画折线.,5.统一单位：记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应,关系及单位.,三、误差分析,1.钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确会带来误差.2.画图时描点及连线不准确也会带来误差.,【基础自测】一位同学做“探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系”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
2、后顺序，用字母排列出来是(,),A.以弹簧伸长量为横坐标，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,D.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,解析：根据实验步骤可知，操作顺序应为 CBDAEF.答案：CBDAEF,考点 1,对实验原理和误差分析的考查,【典
3、题 1】某中学的物理兴趣实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验时，分成了两组来进行探究分析.图 S2-1,(1)小组甲对两个劲度系数不同的弹簧 A 和弹簧 B 进行了探究，根据测量的实验数据以弹簧的伸长量(x)为纵坐标，以弹簧的弹力(F)为横坐标，在同一坐标系中画出了两弹簧的图象，如图 S2-1 所示，从图象上看两弹簧的图线的后半段均向上发生了弯曲，其原因是_，如果选用其中的一个弹簧制作成精确度比较高的弹簧测力计，则应选_(填“A”或“B”).,(2)小组乙的同学完成了如下的操作：,a.将带铁夹的铁架台放在水平桌面上，将弹簧的一端固定在铁夹上使其呈自然状态，并在竖直的弹簧附近平行弹簧固
4、定一刻度尺,b.以弹簧的伸长量(x)为纵坐标，以弹簧的弹力(F)为横坐标，根据以上测量的数据在坐标系中描点，并用一条平滑的线连接起来,c.写出弹簧的弹力与弹簧形变量的关系式，并对该关系式,中的常量进行解释,d.从刻度尺上读出弹簧下端不悬挂钩码时，弹簧下端所对,应的刻度尺上的刻度值，记为 L0,e.然后在弹簧的下端依次悬挂 1、2、3、4个钩码，当弹簧稳定时，依次读出弹簧下端所对应的刻度值，分别记为 L1、L2、L3、L4并将对应的数据记录在表格中，随后将钩码取下请将以上的实验步骤按照正确的顺序排列，将步骤前的字,母填在横线上：_.,解析：(1)图象后半段向上弯曲表明弹簧已经超过了其弹性限度；若
5、要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧 A，因为弹簧 A 的劲度系数较小，较小的力能使弹簧 A 发生较明显的形变，便于测量.(2)实验步骤的排列顺序为 adebc.,A,答案：(1)弹簧已经超过了其弹性限度(2)adebc,考点 2,实验数据处理,【典题 2】某学校物理学习小组在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.(1)如图 S2-2 甲所示，将弹簧的上端 O 点固定悬吊在铁架台上，旁边放置一刻度尺，刻度尺的零刻度线跟 O 点对齐，在弹簧的下部 A 处做一标记，如固定一个指针.在弹簧下端的挂钩上挂上钩码(每个钩码的质量都是 50 g)，指针在刻度尺上指示的刻度为 x.逐个增加所挂钩码的
6、个数，刻度 x 随挂钩上的钩码的重力 F 的不同而发生变化，将实验测得的相应 F、x 各点描,绘在图乙中.请在图乙中描绘出 x 随 F 变化的图象.由图象得出弹簧的劲度系数 kA_N/m(计算结果保留两位有效数字)；此弹簧的弹力大小 F弹跟弹簧伸长量x 的关系是_.,甲,乙,图 S2-2,(2)如果将指针固定在 A 点的下方 P 处，再画出 x 随 F 变化的图象，得出弹簧的劲度系数与 kA 相比，可能是_.,A.大于 kAC.小于 kA,B.等于 kAD.无法确定,(3)如果将指针固定在 A 点的上方 Q 处，再画出 x 随 F 变化的图象，得出弹簧的劲度系数与 kA 相比，可能是_.,A.
7、大于 kAC.小于 kA,B.等于 kAD.无法确定,解析：(1)如图 D15 所示直线的斜率的倒数表示弹簧的劲度,32 N/m，所以弹簧的弹力大小 F弹跟弹簧伸长量x 的函数关系式是 F弹32x.(2)如果将指针固定在 A 点的下方 P 处，弹簧的劲度系数不变，得出弹簧的劲度系数仍等于 kA，B 正确.(3)如果在上方 Q 处，由于选用的弹簧变短，则劲度系数变大，要大于kA，A 正确.,答案：(1)如图 D15 所示.,32,F弹32x (2)B (3)A,图 D15,考向 1,实验原理的创新,重物的重力等于弹簧的弹力时，为消除误差的影响，需要将弹簧竖直悬挂时的长度作为原长，同理如果只是将砝
8、码的重力等于弹簧的弹力时，为消除误差的影响，需要将弹簧挂砝码盘时的长度作为原长.,【典题 3】(2018 年新课标卷)如图S2-3 甲，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘：一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针.现要测量图甲中弹簧的劲度系数，当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为 1.950 cm；当托盘内放有质量为 0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图乙所示，其读数为_cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为_N/m(保留三
9、位有效数字).,甲,乙,图 S2-3,解析：实验所用的游标卡尺精度为 0.05 mm，游标卡尺上游标第 15 条刻度线与主尺刻度线对齐，根据游标卡尺的读数规则，图乙所示的游标卡尺读数为 3.7 cm150.05 mm3.7 cm0.075 cm3.775 cm.托盘中放有质量为 m0.100 kg 的砝码时，弹簧受到的拉力 F mg 0.1009.8 N 0.980 N，弹簧伸长 x 3.775 cm 1.950 cm1.825 cm0.018 25 m，根据胡克定律，Fkx，解得,答案：3.775,53.7,考向 2,数据处理的创新,在数据处理时，原实验是做弹力与伸长量的关系图象，图象的斜率
10、表示劲度系数，也可做出其他的图象，根据物理规律写出两物理量的函数表达式，理解好图象斜率的物理意义.,【典题 4】(2014 年新课标卷)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 S2-4 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 0.100 kg 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，重力加速度取 9.80 m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为 60，整个弹簧的自由,长度为 11.88 cm.,图 S2-4,(1)将表中数据补充完整：_；_.,图 S2-5,(3)图 S2-5 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.,答案：(1)81.7 0.0122 (2)如图 S2-6 所示.图 S2-6,
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