2019版一轮物理课件：第二章 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 精品001

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(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/m.图线不过原点的原因是由于 ___________________________________________．
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[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)CBDAEFG
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[跟踪训练] 1.(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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
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(1)某同学通过以上实验测量后把 6 组实验数据描点在坐标系图 乙中，请作出 F L 图线．
(2)由此图线可得出该弹簧的原长 L0＝________ cm，劲度系数 k＝________ N/m. (3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数 据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)． (4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点在于：______________________________________； 缺点在于：________________________________________.
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(1)某次测量如图甲所示，指针指示的刻度值为____cm(刻度尺 单位为：cm)．
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(2)从图乙可求得该弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留 两位有效数字)； (3)另一同学在做该实验时有下列做法，其中错误的是_______． A．刻度尺零刻度未与弹簧上端对齐 B．实验中未考虑小盘的重力 C．读取指针指示的刻度值时，选择弹簧指针上下运动最快的 位置读取 D．在利用 x-m 图线计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分 数据
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内容
次数 123456
拉力 F/N
弹簧总长/cm
弹簧伸长量/cm
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[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． 2．以弹簧的伸长量 x 为自变量，写出曲线所代表的函数．首 先尝试写成一次函数，如果不行则考虑二次函数． 3．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．
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5．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． 6．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．描出的线不应是折 线，而应是平滑的曲线． 7．记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位．
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热点一 实验原理与操作 [典例1] (2018·临沂质检)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．
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(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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 L0， 再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 L－L0 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下列选项中的( )
弹簧下端，分别测得图(a)、图(b)中弹簧的长度 L1、L2 如表所
示.
钩码个数 1
2
3
4
L1/cm 30.00 31.04 32.02 33.02 L2/cm 29.33 29.65 29.97 30.30
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已知重力加速度 g＝10 m/s2，计算弹簧甲的劲度系数 k＝________ N/m.由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧乙 的劲度系数．
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2. 测量智能化 图象的获得：由坐标纸作图得 F-x 图象→由传感器和计算机输 入数据直接得 F-x 图象．
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创新点一 实验原理的创新——并联弹簧
[典例3] 在探究弹力和弹簧伸长的关系时，某同学先按图(a)
对弹簧甲进 行探究，然后把弹 簧甲和弹簧乙并联 起来按图 (b)
进行探究．在弹性限度内，将质量为 m＝50 g 的钩码逐个挂在
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E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．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：________________.
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[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)图象的斜率表示弹簧的劲度系数，则 k＝200 N/m，图线不 过原点是由于弹簧自身存在重力，使得弹簧不加外力时就有形 变量； (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为 CBDAEFG.
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[解析] (1)F L 图线如图所示．
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(2)图象的横截距表示弹力为零时的弹簧的长度，此时弹簧的 长度为原长，所以弹簧的原长 L0＝5 cm，图象的斜率表示弹簧 的劲度系数，故有 k＝ΔΔFx＝01..068 N/m＝20 N/m. (3)根据该同学以上的实验情况，记录实验数据的表格为：
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[解析] (1)刻度尺的最小分度为 0.1 cm，故读数为 18.00 cm； (2)结合 mg＝kx，得 x＝gkm，由图可知 k＝6000.×351－0－03.×1510N/m＝30 N/m； (3)读数时开始时的零刻度应与弹簧上端对齐，才能准确测量， 故 A 错误；本实验中可采用图象进行处理，故小盘的重力可以 不考虑，故 B 正确；在读指针的位置时，应让弹簧指针静止之 后再读取，故 C 错误；当拉力超过弹性限度时，将变成曲线， 不再符合胡克定律，故可舍去部分数据，故 D 正确． [答案] (1)18.00 (2)30 (3)AC
钩码个数 0 1 2 3 4 5 弹力 F/N 弹簧长度 L/×10－2 m (4)优点在于：可以避免弹簧自身重力对实验的影响；缺点在于： 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差．
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(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 l0； C．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；
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[解析] 分析图(a)中，钩码数量和弹簧伸长量的关系为钩码每 增加一个，弹簧长度平均伸长约 1 cm，所以弹簧劲度系数 k1 ＝ΔΔFl ＝mΔgl ＝00..0510 mN＝50 N/m.分析图(b)中可得，每增加一个钩 码，弹簧长度平均伸长约 0.3 cm，即 k1×0.003＋k2×0.003＝ mg，根据弹簧甲的劲度系数可以求出弹簧乙的劲度系数． [答案] 50 能
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解析：由乙图可读出刻度尺的读数为 14.66 cm，弹簧的伸长量 Δl＝14.66 cm－7.73 cm＝6.93 cm. 答案：(1)6.93(6.91～6.95 均对) (2)A (3)超过了弹簧的弹性限 度
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热点三 实验的改进与创新 本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以实验的创新通常是围 绕尽可能减小弹簧自身重力的影响，可有如下创新思路． 1．装置时代化 弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的 影响→弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹 簧自重的影响.
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创新点二 实验方法的创新——弹簧水平放置 [典例4] 在探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度 系数的实验中，实验装置如图甲所示，所用的每个钩码的重力 相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力，实验时先测出不挂钩码 时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在绳子的下端，每次 测量相应的弹簧的总长度．
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[误差分析] 1．弹簧拉力大小的不稳定易造成误差，使弹簧的悬挂端固定， 另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准 确度． 2．弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，测量时尽量精 确地测量弹簧的长度． 3．在 Fx 图象上描点、作图不准确带来误差．
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[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．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． 3．测量弹簧的原长时要让它自然下垂．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，以减小误差． 4．测量有关长度时，应区别弹簧原长 l0、实际总长 l 及伸长量 x 三者之间的不同，明确三者之间的关系．
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[实验目的] 1．探究弹力与弹簧伸长量的定量关系． 2．学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据．
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[实验原理] 1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹 簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．
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2．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的 长度减去弹簧原来的长度进行计算．这样就可以研究弹簧的弹 力和弹簧伸长量之间的定量关系了．
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解析：(1)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来改变对弹簧的拉力，以探究弹力和 弹簧伸长量的关系，并且拉力和重力平衡，所以选 A、B.(2)由 于考虑到弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量 x＞0 所以选 C. 答案：(1)AB (2)C