第二章 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系-【导与练】2022高考物理一轮总复习教师用书word（教科版）

实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系 [footnoteRef:2] [2: ●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。每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标纸上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确。 2.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。 3.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。 4.建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的量大小要适当,不可过大,也不可过小。描点画线时,所描的点不一定都落在同一条曲线上,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。 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。 ●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 ] 题型一　常规实验 [例1] (2020·广东广州模拟)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,还需要的实验器材是　 。  (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F-x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　 。  (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对应的刻度尺上的刻度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。 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:　 。  解析:(1)实验需要测量弹簧的长度、伸长量,故还需要的实验器材是刻度尺。 (2)为了测量弹簧的伸长量,实验中还应测量弹簧原长、与弹簧所受拉力对应的长度。 (3)图线的斜率表示弹簧的劲度系数,则k= N/m=200 N/m;图线不过原点说明没有力时有伸长量,故说明弹簧有自身的重力存在。 (4)实验中要先组装器材,即C,再进行实验,即BD,然后数据处理,分析解释表达式,最后整理仪器,即AEFG。所以先后顺序为CBDAEFG。 答案:(1)刻度尺　(2)弹簧原长、与弹簧所受拉力对应的长度　(3)200　弹簧自身存在重力　(4)CBDAEFG [例2] (2020·福建三明二模)一个实验小组在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 (1)甲同学做实验时,通过数据处理得到了图(甲)所示的F-x图像,其中F为弹簧弹力,x为弹簧长度。请通过图(甲)分析并计算,该弹簧的原长x0=　　　　cm,弹簧的劲度系数k=　　　　N/m。该同学将该弹簧制成一个弹簧测力计,当弹簧测力计的示数如图(乙)所示时,该弹簧的长度L=　　　　cm。  (2)乙同学使用两根不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的图像如图(丙)所示。下列表述正确的是　　　　。  A.a的原长比b的长 B.a的劲度系数比b的大 C.a的劲度系数比b的小 D.测得的弹力与弹簧的长度成正比 解析:(1)当弹力为零时,弹簧处于原长状态,故原长为x0=8 cm,在F-x图像中斜率代表弹簧的劲度系数,则k== N/m=25 N/m,在图(乙)中弹簧测力计的示数F=3.0 N,根据F=kx,可知x== m=12 cm,故此时弹簧的长度L=x+x0=20 cm。 (2)在图(丙)中,当弹簧的弹力为零时,弹簧处于原长,故b的原长大于a的原长,故A错误;斜率代表劲度系数,故a的劲度系数大于b的劲度系数,故B正确,C错误;弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比,故D错误。 答案:(1)8　25　20　(2)B [模拟演练1] 弹簧的劲度系数与弹簧的材质、弹簧丝的粗细、单位长度内的匝数及弹簧的原长等因素有关,为了探究弹簧劲度系数与弹簧原长的关系,某同学设计了如下实验: (1)实验器材:刻度尺、原长约30 cm的轻弹簧两根、质量适当且相同的钩码5个、剪刀一把(用来剪断弹簧),除以上器材外,还需要的器材是