专题07 探究弹力和弹簧伸长的关系—备战2022年高考物理实验专题强化训练

专题七 探究弹力和弹簧伸长的关系 知识点一、基本要求 1.实验目的： ①探究弹力和弹簧伸长的关系 ②培养学生实验探究的科学方法 2.实验原理： 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；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大 3.实验器材：铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸 4.实验步骤 ①安装实验仪器 ②测量弹簧的伸长（或总长）及所受的拉力（或所挂钩码的质量），列表作出记录，要尽可能多测几组数据 1 2 3 4 5 m l x 知识点二、数据处理 1.以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点。 2.按照图中给点的分布与走向，作出一条平滑的图线。所画的点不一定正好都在这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同 3.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。 知识点三、误差分析 1.钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差 2.画图时描点及连线不准确也会带来误差 知识点四、注意事项 1.安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧 2.不要超过弹性限度：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.尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多册几组数据 4.观察所描点的走向：不要画折线 5.统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 题型一：对实验操作的考查 如图（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；当托盘内放有质量为的砝码时，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，此弹簧的劲度系数为 N/m（保留3位有效数字）。 答案： 3.775 53.7 解析：实验所用的游标卡尺精度为0.05mm，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3.7cm+15×0.05mm=3.7cm+0.075cm=3.775cm。 托盘中放有质量为m=0.100kg的砝码时，弹簧受到的拉力F=mg=0.100×9.8N=0.980N， 弹簧伸长x=3.775cm-1.950cm=1.825cm=0.01825m， 根据胡克定律，F=kx，解得此弹簧的劲度系数k=F/x=53.7N/m。 题型二：对数据处理和误差的考查 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 ①图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为_________cm； ②本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_________；（填选项前的字母） A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 ③图丙是该同学所描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________________________________________。 答案：①6.93 ②A ③超过弹簧的弹性限度 解析：①由图乙知，弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度为14.66cm，，此时弹簧的伸长量Δl为14.66-7.73=6.93cm。 ②若随意增减钩码，会使得作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度，所以应逐一增挂钩码。 ③由图丙，图线的AB段明显偏离直线OA，即AB段的伸长量与弹力不成线性关系，使因为钩码的重量超过弹簧的弹性限度。 题型三：实验创新与改进 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 ①将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在______方向（填“水平”或“竖直”） ②弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表表： 代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值（cm） 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号_______。由表可知所用刻度尺的最小长度为______。