1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 教材回扣夯实基础注意事项1对钩码的要求(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(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确2测量与记录数据(1)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(2)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位3画图象描点画线时，所描的点不一定都落在一条线上，但应注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点均匀分布在线的两侧误差分析1弹簧弹力大小的计算不够准确造成系统误差2弹簧长度测量和作图不准造成偶然误差.透析考点多维突破考点一 教材原型实验考向 对实验的基
2、本操作及注意事项的考查1 如图甲所示，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量的关系(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_.(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 Fx 图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m.图线不过原点是由于_刻度尺弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量200弹簧有自重(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：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在刻度尺上的刻度 l0；C将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上
3、，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：_.CBDAEFG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)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入 Fkx 可得 k2
4、00 N/m，由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为 CBDAEFG.考向 实验数据处理2 2018全国卷，22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 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
5、 m/s2，此弹簧的劲度系数为_ N/m(保留 3 位有效数字)3.77553.7解析：主尺读数 3.7 cm，即 37 mm，游标卡尺第 15 刻度线与主尺上某刻度线对齐，所以总读数为 37 mm15 120 mm37.75 mm3.775 cm；由 Fkx 得 k Fx mgx2x1ab0.1009.83.7751.950102 N/m0.981.825102 N/m53.7 N/m练 1(1)实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧 a 和 b，得到弹力 F 与弹簧长度 l 的关系图象如图甲所示下列表述正确的是_；Aa 的原长比 b 的长Ba 的劲度系数比
6、b 的大Ca 的劲度系数比 b 的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比B(2)另一实验小组在同一实验的研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为 h35.0 cm，且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下端位于筒内，用测力计可以同弹簧的下端连接)，如图乙所示，若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度 l，现要测出弹簧的原长 l0 和弹簧的劲度系数，该同学通过改变 l，而测出对应的弹力 F，作出 F-l 图象如图丙所示，则弹簧的劲度系数为 k_N/m，弹簧的原长 l0_ cm.20025解析：要理解 F-l 图象的斜率和截距表示的意义，斜率表示弹簧的劲度系数
7、，横轴截距要视其物理量而定(1)在此问的 F-l 图象中横轴截距表示弹簧的原长，故 a 的原长比 b 的短，A 项错误；在图象中斜率表示弹簧的劲度系数 k，故 a 的劲度系数比 b 的大，B 项正确，C 项错误；在弹性限度内弹簧的弹力满足胡克定律，弹力与弹簧的形变量成正比，D 项错误(2)根据胡克定律，此问中 F 与 l 的关系式为 Fk(lhl0)klk(hl0)，由图丙可得弹簧的劲度系数为 k2 N/cm200N/m，当 l0 时，由 k(hl0)20 N，解得 l025 cm.考点二 实验的拓展与创新考向 实验装置改进3 某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固
8、定于某一深度为 h0.25 m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的另一端位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长 l0 和弹簧的劲度系数，该同学通过改变挂钩码的个数来改变 l，作出 F-l 变化的图线如图乙所示(1)由此图线可得出的结论是_.(2)弹簧的劲度系数为_ N/m，弹簧的原长 l0_ m.(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_.缺点在于：_.在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比1000.15避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差解析：(1)在弹性限度内
9、，弹力与弹簧的伸长量成正比(2)由 Fkx 和乙图可知：(3010)k20102，所以k100 N/m，由乙图可知 F20 N 时，l10 cm0.1 m，所以20k(0.10.25l0)，即 l00.15 m.(3)优点是避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点是弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差考向 实验器与方法的创新4 用如图所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系轻弹簧上端固定一只力传感器然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量测量数据如表格所示：伸长量x/102 m2.004.006.008.
10、0010.00弹力 F/N1.502.934.555.987.50(1)以 x 为横坐标，F 为纵坐标，在如图的坐标纸上描绘出能够正确反映弹力与伸长量关系的图线(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为_(保留两位有效数字)75 N/m(7377 N/m 均对)解析：横轴表示伸长量 x，纵轴表示弹力 F，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，图象斜率代表弹簧劲度系数考向 拓展实验探究橡皮筋伸长与所受拉力的关系5 2020宝鸡质检某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数(遵循胡克定律且实验中弹力始终未超过弹性限度)，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为 L0 的橡皮筋的上端固定在 O 点
11、，下端挂一重物用与白纸平行的水平力(由拉力传感器显示其大小)作用于 N 点，静止时记录下 N 点的位置 a，请回答：(1)若拉力传感器显示的拉力大小为 F，用刻度尺测量橡皮筋ON 的长为 L 及 N 点与 O 点的水平距离为 x，则橡皮筋的劲度系数为_(用所测物理量表示)(2)若换用另一个原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时 N 点的位置 b，发现 O、a、b 三点刚好在同一直线上，其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是_A第二次拉力传感器显示的拉力示数较大B两次拉力传感器显示的拉力示数相同C第二次所用的橡皮筋的劲度系数小D第二次所用的橡皮筋的劲度系数大FLxLL0BC解析：(1)设轻质
12、弹簧与竖直方向的夹角为，重物的重力为G.结点 N 在竖直向下的拉力(大小为 G)、轻质弹簧对其的拉力 T和水平拉力 F 作用下处于平衡状态，有 sin FT，其中 sin xL，Tk(LL0)，解得 kFLxLL0.(2)由(1)还可得 FGtan，T Gcos 因为两次实验中 G、均相同，所以两次拉力传感器显示的拉力示数相同，两次轻弹簧的拉力也相同，而轻弹簧的原长相同，第二次所用的轻质弹簧的伸长量大，由胡克定律知第二次所用的轻质弹簧的劲度系数小练 2 图甲为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实验情景用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻度 x 及
13、拉力大小 F(从电脑中直接读出)所得数据记录在下列表格中：拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69标尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00(1)从图乙读出刻度尺上的刻度值为_ cm.(2)根据所测数据，在图丙坐标纸上作出 F 与 x 的关系图象(3)由图象求出该弹簧的劲度系数为_ N/m，弹簧的原长为_ cm.(均保留三位有效数字)63.6025.055.2解析：(1)由图可知，刻度尺的最小分度值为 0.1 cm，故读数为 63.60 cm.(2)根据表中数据利用描点法得出对应的图象如图所示：(3)由胡克定律可知，图象的斜率表示劲度系数
14、，则可知 kFx 1.70.20.620.56 N/m25.0 N/m；图象与横坐标的交点为弹簧的原长，则可知原长为 55.2 cm.练 3 某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小 F 和弹簧长度 l 的关系如图所示，则由图线可知：(1)弹簧的劲度系数为_ N/m.300(2)为了用弹簧测力计测定两木块 A 和 B 间的动摩擦因数，两位同学分别设计了如图所示的甲、乙两种方案为了用某一弹簧测力计的示数表示 A 和 B 之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案_更合理甲方案中，若 A 和 B 的重力分别为 10.0 N 和 20.0 N当A 被拉动时，弹簧测力计 a 的示数为 6.0 N，b 的示数为 11.0 N，c 的示数为 4.0 N，则 A 和 B 间的动摩擦因数为_甲0.30解析：(1)由图知，当 F0 时 l020 cm，即弹簧的原长，当F060 N 时 l40 cm，则 lll00.2 m；由胡克定律得 kFl600.2 N/m300 N/m.(2)乙方案：因在拉着木块 A 运动的过程中，拉 A 的弹簧测力计在不断地运动，示数可能会变化，读数不准；甲方案：弹簧测力计 a 是不动的，指针稳定便于读数，故甲方案更合理；由于弹簧测力计 a 示数为 6.0 N，故 A、B 间的动摩擦因数 FfFN 6200.30.
