第2章 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 -2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word（老教材，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:钩码标称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] (2021·北京一模)某同学用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度L的关系,把弹簧上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。然后,在弹簧下端悬挂不同质量的钩码,记录每次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置,实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。通过分析数据得出实验结论。 (1)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系,依据实验数据作出F-L图像,如图乙所示。由图像可知:弹簧自由下垂时的长度L0=　　　　cm,弹簧的劲度系数k=　　　　N/m。  (2)该同学将此弹簧制成一把弹簧测力计,当弹簧测力计的示数如图丙所示时,该弹簧的长度x=　　　　cm。  (3)该同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中,如果他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用毫米刻度尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x。请论述这样操作对弹簧劲度系数的测量结果是否有影响?为什么?  　。  解析:(1)由图像可知,弹簧自由下垂时的长度L0=10.0 cm,弹簧的劲度系数k==40 N/m。 (2)弹簧测力计的示数为3.0 N,该弹簧的长度x=+L0=17.5 cm。 (3)无影响,因为把弹簧悬挂后,虽然弹簧受到自身重力,在不加外力的情况下,弹簧已经有一定的伸长,但是由于k=,与弹簧自重无关。 答案:(1)10.0　40　(2)17.5　(3)见解析 [例2] (2021·山东济南三模)某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中,先对一劲度系数为k的轻质弹簧甲进行实验,得到的弹簧弹力F与伸长量x的关系图线为图中的图线1;然后将弹簧甲截成乙、丙两段,再分别对乙、丙两弹簧进行实验,得到的弹簧弹力F与伸长量x的关系图线分别为图中的图线2和图线3。 (1)弹簧乙的劲度系数k1=　　　　N/m,弹簧丙的劲度系数k2=　　　　N/m。(结果均保留3位有效数字)  (2)k、k1、k2的大小关系是　　　　　　。  (3)一根弹簧截成两段后,每段弹簧的劲度系数均　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)原来弹簧的劲度系数。  解析:(1)根据胡克定律可知图像斜率表示弹簧的劲度系数,则 k1=≈267 N/m,k2=≈86.7 N/m。 (2)根据图像斜率关系可知k1>k2>k。 (3)根据图像斜率关系可知,一根弹簧截成两段后,每段弹簧的劲度系数均大于原来弹簧的劲度系数。 答案:(1)267　86.7　(2)k1>k2>k　(3)大于 [模拟演练1] (2021·广东中山一模)某实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中,操作过程如下: (1)将弹簧水平放置并处于自然状态,将标尺的零刻度与弹簧一端对齐,弹簧的另一端所指的标尺刻度如图甲所示,则该读数为　　　　cm。  (2)接着,将弹簧竖直悬挂,由于　　　　的影响,不挂钩码时,弹簧也有一定的伸长,其下端所指的标尺刻度如图乙所示;图丙是在弹簧下端悬挂钩码后所指示的标尺刻度,则弹簧因挂钩码引起的伸长量为　　　　cm。  (3)逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后弹簧下端所指的标尺刻度和对应的钩码总重力。该实验小组的同学在处理数据时,将钩码总重力F作为横坐标,弹簧伸长量Δl作为纵坐标,作出了如图丁所示的a、b两条Δl -F图像,其中直线b是用挂钩码后的长度减去图　　　　(选填“甲”或“乙”)所示长度得到的。  解析:(1)题图甲中读数为7.0 cm。 (2)由于弹簧受到自身重力的影响,不挂钩码时,弹簧也有一定的伸长,其下端所指的标尺刻度为7.4 cm;在弹簧下端悬挂钩码后所指的标尺刻度为14.3 cm,则弹簧因挂钩码引起的伸长量为6.9 cm。 (3)由