浙江省杭州育华学校2023届高考物理一轮复习讲义：实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系

实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系 一、实验目的 1．探索弹力和弹簧伸长的关系 2．培养学生进行实验研究的科学方法 二、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越大，弹力也就越大。 三、实验器材 铁架台、弹簧、砝码、 刻度尺、坐标纸 四、实验步骤 1．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。 2．根椐所测数据在坐标纸上描点，最好以力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标。 3．按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线（包括直线），所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 4.以弹簧的伸长为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数…… 五、注意事项 1．给弹簧施加拉力不要太大，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。 2．测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量. 3. 为了减小误差，要尽量多测几组数据. 4.使用数据时应采用(LX-L0)即弹簧长度变化量. 例1.（★★）几个同学合作如图甲所示装置探究“弹力和弹簧伸长的关系”，弹簧的上端与标尺的零刻度对齐，他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：（弹簧始终未超过弹性限度，重力加速度g=9.8m/s2） 钩码质量m/g 0 30 60 90 120 150 标尺刻度 x/10-2m 6.00 7.15 8.34 9.48 10.64 11.79 ⑴根据所测数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。 ⑵作出的图线与轴交点的纵坐标值的物理意义是 ；这种规格弹簧的劲度系数k= N/m（保留三位有效数字）。 【考点】探究弹力和弹簧伸长的关系 【解析】(1)根据描点法绘出图象（2）根据胡克定律，弹簧的伸长量与拉力成正比，即F=k△x，故F=k（x-x0），即F-x图象的斜率表示劲度系数，截距表示弹簧的自然长度6cm， 【答案】⑴ ⑵弹簧的自然长度（原长）为6cm 25.9 【教学建议】本题关键根据胡克定律得到弹簧弹力和长度的关系公式，分析得到图象的物理意义，最后结合图象求解劲度系数。 ( 例2 ． （ ★★★ ） 在 “ 探究弹力和弹簧伸长的关系 ” 的实验中，以下说法正确的是 ( 　　 ) A ．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度 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 ) 【考点】探究弹力和弹簧伸长的关系 【解析】本实验应以需要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，以改变对弹簧的拉力，来探究弹力与弹簧伸长的关系。 【答案】AB 【教学建议】理解实验原理 ( 例3 ． （ ★★★ ） 某同学利用 如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验。 ①在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持 　　 状态。 ②他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小Ｆ与弹簧长度x的关系图线。由此图线可得该弹簧的原长x 0 = 　　 cm，劲度系数k= N/m。 ③他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x= 　　 cm。 ) 【考点】探究弹力和弹簧伸长的关系 【解析】（1）弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须竖直；（2）弹簧处于原长时，弹力为零；根据胡克定律F=k△x求解劲度系数；（3）直接从弹簧秤得到弹力，再从图象b弹簧弹簧长度。 【答案】（1）竖直（2）4；50（3）10 【教学建议】本题关键是明确实验原理，然后根据胡克定律F=k△x并结合图象列式求解，不难。 ( 例4 ． （ ★★★★ ） 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实际都表明 ，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。 （1）在国际单位中，杨氏模量Y的单位应该是______． A． N B． m C． N/m D． Pa （2）在一段横截面积是圆形的橡皮筋，应用如图15（甲）所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值，首先利用毫米刻度尺测得橡皮筋的长度L=20．00cm，利用测量工具a测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4．000mm，那么测量工具a应该是___ _。 （3）用如图（甲）所示的装