必修1 第二章 实验 探究弹簧形变与弹力的关系-2022新高考物理【步步高】大一轮复习讲义题库（津鲁琼辽鄂）word

实验　探究弹簧形变与弹力的关系 一、基本原理与操作 装置及器材 操作要领 (1)竖直：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。 (2)适当：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)数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。 (4)单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 (5)作图：先描点，然后将这些点拟合成一条直线，不要画折线。 二、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，作出的拟合直线，是一条过坐标原点的直线。 3.函数法：弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系。 误差分析 (1)系统误差 钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。 (2)偶然误差 ①弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。 ②作图时的不规范易造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描直线通过尽可能多的点，不能落在直线上的各点尽量均匀分布在直线的两侧。 　教材原型实验 【典例】 如图1所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长的关系。 图1 (1)为完成实验，还需要的实验器材有：________。 (2)为完成该实验，设计实验步骤如下： A.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； B.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； C.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0； D.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； E.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； 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：A________FG。 (3)某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图2所示图象。则图象上端成为曲线是因为________________，乙弹簧的劲度系数为________ N/m(结果保留3位有效数字)，若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(填“甲”或“乙”)。 图2 (4)从上述数据和图线中分析，同学们对这个研究课题提出了一系列建议，其中有价值的是 (　　) A.实验中钩码不能挂太多，不能超出弹簧的弹性限度 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 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伸长量。 (2)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CEBD。 (3)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，超过弹簧的弹性限度，则此规律不成立，所以图象上端为曲线是因为弹簧的形变量超过其弹性限度。甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为k甲＝ N/m＝200 N/m，要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选用在一定的外力作用时，弹簧的形变量大的弹簧，故选弹簧甲。 ＝ N/m≈66.7 N/m，k乙＝＝ (4)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，并且保证拉力和钩码重力平衡，所以选项A、B正确。 答案　(1)刻度尺　(2)CEBD　(3)弹簧的形变量超过其弹性限度　200　甲　(4)AB 　实验拓展创新 命题角度　实验情景的变化 【例1】 (2018·全国卷Ⅰ，22)如图3(a)，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(a)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(b)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3位有效数字)。 图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(b)所示的游标卡尺读数为3.7 cm＋15×0.05 mm＝3.7 cm＋0.075 cm＝3.775 cm