高中物理复习实验知识点专题讲解2探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 含答案.docx

1、高中物理复习实验知识点专题讲解2探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 含答案高中物理复习实验知识点专题讲解探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系知识创新型实验。例如设计型、开放型、探讨型实验等都有不同程度的创新，比如利用所学知识设计出很多测量重力加速度的实验方案。其中，力学设计性实验在近年高考中有加强的趋势，应引起高度重视。【实验目的】 1探索弹力与弹簧伸长的定量关系2学习通过对实验数据的数学分析（列表法和图像法），探究弹簧产生的弹力与弹簧伸长之间的变化规律【实验原理】通常用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，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这样弹力的大小可以通过测定外力而得出；弹簧的伸长量可用

2、直尺测出多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力和弹簧伸长的定量关系（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，弹簧的伸长越大；弹力也就越大。）【实验器材】弹簧，相同质量的砝码若干，铁架台一个（用来悬挂弹簧），刻度尺。【实验步骤】（1）将铁架台放在实验桌上，将弹簧悬挂在铁架台上。弹簧竖直静止时，测出弹簧的原长l0，并填入实验记录中。 （2）依次在弹簧下挂上一个砝码、两个砝码、三个砝码。每次，在砝码处于静止状态时，测出弹簧的总长或伸长，并填入实验记录中。 （3）根据测得的数据，以力F为纵坐标，以弹簧的伸长量l为横坐标，根据表中所测数据在坐标纸上描点。 （4）作弹簧的F-l图像。按

3、照坐标图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线）。所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 （5）以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数 （6）解释函数表达式中常数的物理意义。【实验数据记录和处理】 弹簧原长l0=_m弹簧的弹力F（N）弹簧总长l(m)弹簧伸长l（m）123456弹簧F-l实验图像：【实验结论】弹簧弹力大小跟弹簧伸长长度的函数表达式 。可见，在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比（胡克定律）。【问题与讨论】1上述函数表达式中常数的物理意义 2如果以弹簧的总长为自变量，所写出的函数式

4、应为 3某同学在做实验时得到下列一组数据，他由数据计算出弹簧的劲度系数为 弹簧长度l(cm)5.005.606.216.827.488.20砝码重力F(N)00.51.01.52.02.5试分析他对数据处理的方法是否正确？为什么？4根据测量数据画出Fx图象：Fx图象的斜率的物理意义为弹簧的劲度系数k.第一象限的图象表示拉伸弹簧时弹力与弹簧伸长量的关系；第三象限的图象表示压缩弹簧时弹力与弹簧压缩量的关系5得出实验结论：在弹性限度内，弹簧的弹力F和弹簧的形变量x成正比，即Fkx，这就是胡克定律其中x为弹簧伸长或缩短的长度(弹簧的形变量)；k为弹簧的劲度系数注意事项：(1)给弹簧施加拉力不要太大，以

5、免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度(2)测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量【基础练习】某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系的实验中，设计了如图所示的实验装置。所用的钩码每只的质量都是30g，他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，将数据填在了下面的表中。（弹力始终未超过弹性限度，取g=9.8m/s2）砝码质量(g)0306090120150弹簧总长L(cm)6.007.158.349.4810.6411.79弹力大小F(N)试根据这些实验数据在下图给定的坐标纸上作出弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长L之间的函数关系图线，说明图

6、线跟坐标轴交点的物理意义。上一问所得图线的物理意义是什么?该弹簧的劲度系数k是多大?【基础练习答案】【实战提升】1(原创题)在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，我们一般所采用的弹簧，其本身所受的重力相对钩码的重力来说很小，可忽略，称之为轻弹簧小华用如图所示的实验装置来完成此实验在实验过程中他错拿了弹簧，他所选用的弹簧本身所受的重力不能忽略钩码的重力用F来表示，弹簧的形变量用x来表示，根据测量得到的数据他画出了Fx图象请问图象经过坐标原点吗？假若不经过，图象与横坐轴、纵坐轴的截距表示的物理意义是什么？图象中的斜率的物理意义又是什么？【答案】如果没有特殊要求，高中物理中所涉及的弹簧模型都认为

7、是轻弹簧但本题中已说明弹簧本身所受的重力不能忽略，故不能认为是轻弹簧设弹簧本身所受的重力为F0，本题中的纵坐标表示钩码的重力F，横坐标表示弹簧的形变量x，则弹簧的弹力F弹FF0kx，得FkxF0，画出Fx图象如右图所示所以图象不经过坐标原点，图象与纵坐标的截距大小表示的是弹簧本身所受的重力大小为F0，与横坐标的截距大小表示的是F0/k.图象中的斜率的物理意义为弹簧的劲度系数k.2【2015全国（重庆卷）】同学们利用如题6图1所示方法估测反应时间。首先，甲同学捏住直尺上端，使直尺保持竖直状态，直尺零刻度线位于乙同学的两指之间。当乙看见甲放开直尺时，立即用手指捏直尺，若捏住位置的刻度读数为，则乙同

8、学的反应时间为 （重力加速度为）。基于上述原理，某同学用直尺制作测量反应时间的工具，若测量范围为00.4s，则所用直尺的长度至少为 cm（取10m/s2）；若以相等时间间隔在该直尺的另一面标记出表示反应时间的刻度线，则每个时间间隔在直尺上对应的长度是 的（选填“相等”或“不相等”）. 3（2014年 大纲卷）【题号：3200000008】22(6 分)现用频闪照相方法来研究物块的变速运动。在一小物块沿斜面向下运动的过程中，用频闪相机拍摄的不同时刻物块的位置如图所示。拍摄时频闪频率是10Hz；通过斜面上固定的刻度尺读取的5个连续影像间的距离依次为x1、x2、x3、x4。已知斜面顶端的高度h和斜面

9、的长度s。数据如下表所示。重力加速度大小g9.80m/s2。根据表中数据，完成下列填空：物块的加速度a m/s2(保留3位有效数字)。因为 ，可知斜面是粗糙的。 4（2014广东卷）【题号：3200000195】（2）（10分）某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系，如图23（a），将轻质弹簧下端固定于铁架台，在上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据如下表，由数据算得劲度系数k= N/m，（g取9.8m/s2）砝码质量（g）50100150弹簧长度（cm）8.627.636.66取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图23（b）所示；调整导轨，使滑

10、块自由滑动时，通过两个光电门的速度大小 。用滑块压缩弹簧，记录弹簧的压缩量x；释放滑块，记录滑块脱离弹簧后的速度v，释放滑块过程中，弹簧的弹性势能转化为 。重复中的操作，得到v与x的关系如图23（c），由图可知，v与x成 关系，由上述实验可得结论：对同一根弹簧，弹性势能与弹簧的 成正比。 5（2014年 全国卷2）【题号：3200000040】23(9分)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（a）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

11、以读出指针的位置，P0指同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0.100kg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，取重力加速度为9.80）。已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm。P1P2P3P4P5P6x0（cm）2.044.066.068.0510.0312.01x（cm）2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k（N/m）16356.043.633.828.81/k（m / N）0.00610.01790.02290.02960.0347（1）将表中数据补充完整： ， 。（2）以n为横坐标，1/k为纵坐标，在图（b）给出的坐标纸上画出1/k-n图像。（3）图（b）中画出的直线可以近似认为通过原点，若从试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）的关系表达式为k= N/m