第二章 第4讲　实验：探究弹力与弹簧伸长的关系-2021高考物理【赢在微点】大一轮复习顶层设计微讲·微练（word）全国卷人教版

第4讲　实验：探究弹力与弹簧伸长的关系 一、实验目的 1．探究弹力与弹簧伸长量的定量关系。 2．学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法。 二、实验原理 1．如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与钩码总重力大小相等。 2．用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。 三、实验器材 除轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台外，还需重垂线，坐标纸，三角板。 四、实验步骤 1．如图所示，将铁架台放于桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(分度值为1mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。 2．记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0。 3．在弹簧下端挂上一个钩码，待钩码静止后，记下弹簧下端所对应的刻度L1。 4．用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个…钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4…并将所得数据记录在表格中。 5．用xn＝Ln－L0计算出弹簧挂1个、2个、3个…钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹力的大小，将所得数据填入表格。 6.根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标。 7．按照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都在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 8．以弹簧的伸长量为自变量，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。 9．解释函数表达式中常数的物理意义。 五、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。要注意观察，适可而止。 2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标系上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。 3．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，以免增大误差。 4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 5．记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。 六、误差分析 1．本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差。 2．弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响。 3．为了减小误差，要尽量多测几组数据。 (判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。) 1．实验时不允许超出弹簧的弹性限度，否则会造成弹簧损坏和测量不准确。(√) 2．测量弹簧原长时，应先将弹簧平放在桌面上后测弹簧eq \a\vs4\al(长度)。(×) 3．每次增挂钩码时质量差应大些，以使弹簧的伸长量增加多些，有利于减小测量误差。(√) 1．(实验操作)(多选)在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中，关于操作步骤的先后顺序，下列说法正确的是(　　) A．先测量原长，后竖直悬挂 B．先竖直悬挂，后测量原长 C．先后顺序对实验结果无影响 D．先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重 解析　因本实验表示弹簧伸长量采用挂重物后总长减去原长的方法，而弹簧自重将导致弹簧伸长，先竖直悬挂后再测原长，可消除由弹簧自重带来的误差，故选B、D两项。 答案　BD 2．(数据处理)如图所示是描述某根弹簧的伸长量与所受拉力之间的关系图象，下列关于这根弹簧的说法正确的是(　　) A．弹簧的劲度系数是2 N/m B．弹簧的劲度系数是2×103 N/m C．当受到800 N的拉力作用时，弹簧的长度是40 cm D．当弹簧伸长量为20 cm时，弹簧产生的拉力是200 N 解析　这是一个描述弹簧伸长量与所受拉力也就是弹簧弹力之间的关系的图象，由图象可知，其斜率即劲度系数，为2×103 N/m(应注意到坐标轴表示的物理量的单位)，故B项正确，A项错误；当受到800 N的拉力作用时，弹簧伸长量为eq \a\vs4\al(40 cm)，故C项错误；当弹簧伸长量为20 cm时，弹簧产生的弹力是400 N，故D项错误。 答案　B 考点　实验操作和数据处理 考|点|微|探 实验数据的处理方法 1．图象法：根据测量数据，在建好坐标系的坐标纸上描点，以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线。 2．列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数。 3．函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量之间的函数关系。 【典例1】　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：___