（山東省專用）2022高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系講義（含解析）新人教版必修1

《（山東省專用）2022高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系講義（含解析）新人教版必修1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（山東省專用）2022高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系講義（含解析）新人教版必修1（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、（山東省專用）2022高中物理 第三章 相互作用 實(shí)驗(yàn) 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系講義（含解析）新人教版必修1 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系。 2．學(xué)會(huì)利用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3．驗(yàn)證胡克定律。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．如圖所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。 2．彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了。 3．求彈簧的勁度系數(shù) 彈簧的彈力F與其伸長(zhǎng)量x成正比，比例系數(shù)k＝，即為彈簧的勁度系數(shù)；另外，在F

2、-x圖像中，直線的斜率也等于彈簧的勁度系數(shù)。 三、實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．按下圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0。 2．在彈簧下端懸掛一個(gè)鉤碼，平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度并記下鉤碼的重力。 3．增加鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長(zhǎng)度，x＝l－l0表示彈簧的伸長(zhǎng)量。 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 五、數(shù)據(jù)處理 1．以彈力F(

3、大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線，如圖所示。 2．以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個(gè)常數(shù)也可據(jù)F-x圖線的斜率求解，k＝。 六、誤差分析 由于彈簧原長(zhǎng)及伸長(zhǎng)量的測(cè)量都不便于操作，存在較大的測(cè)量誤差，另外由于彈簧自身的重力的影響，即當(dāng)未放重物時(shí)，彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有一個(gè)伸長(zhǎng)量，這樣所作圖線往往不過原點(diǎn)。 七、注意事項(xiàng) 1．所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度。 2．每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐

4、標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀一些，這樣作出的圖線精確。 3．測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差。 4．描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。 5．記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。 [例1]　(1)(多選)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是(　　) A．彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度 B．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C．用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量 D．用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉

5、力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等 (2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L，把(L－L0)作為彈簧的伸長(zhǎng)量x。這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖中的(　　) [解析]　(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，改變對(duì)彈簧的拉力，來探索彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，所以選A、B。 (2)考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量x≠0，所以選C。 [答案]　(1)AB　(2)C [例2]　某同

6、學(xué)用如圖所示的裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。他先測(cè)出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g＝10 m/s2) 砝碼質(zhì)量m/102 g 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 標(biāo)尺刻度x/10－2m 15.00 18.94 22.82 26.78 30.66 34.60 42.00 54.50 (1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在如圖所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線。 (2)根據(jù)所測(cè)得的

7、數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在____N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律。這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為______N/m。 [解析]　(1)描點(diǎn)作圖，如圖所示。 (2)從圖像可以看出在0～5.00 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律。 根據(jù)胡克定律F＝kx得： k＝＝ N/m＝25.00 N/m。 [答案]　(1)見解析圖 (2)0～5.00　25.00 1.一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度的圖像如圖所示。下列表述正確的是(　　) A．a(chǎn)的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng) B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大 C．a(chǎn)

8、的勁度系數(shù)比b的小 D．測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比 解析：選B　由胡克定律知F＝k(l－l0)，其中k為勁度系數(shù)，在F-l圖像上為直線的斜率。由圖像知ka>kb，即a的勁度系數(shù)比b的大，B正確，C錯(cuò)誤。a、b兩圖線與l軸的交點(diǎn)為彈簧的原長(zhǎng)，則a、b的原長(zhǎng)分別為l1和l2，從圖像看出l1

9、________N/m。 (2)他又利用本實(shí)驗(yàn)原理把該彈簧做成一把彈簧秤，當(dāng)彈簧秤上的示數(shù)如圖(c)所示時(shí)，該彈簧的長(zhǎng)度x＝________cm。 解析：(1)從題圖(b)中可以看出，當(dāng)外力為零時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為4 cm，即彈簧的原長(zhǎng)為4 cm，從圖中可得當(dāng)F＝2 N時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為8 cm，即Δx＝4 cm， 所以勁度系數(shù)為k＝＝ N/m＝50 N/m。 (2)從題圖(c)中可得彈簧的彈力為3.0 N，所以從題圖(b)中可以找出，當(dāng)F＝3 N時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為10 cm。 答案：(1)4　50　(2)10 3．某同學(xué)在探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。他先測(cè)出不

10、掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，然后在彈簧下端依次掛1、2、3、4、5個(gè)鉤碼，待靜止時(shí)，測(cè)出彈簧相應(yīng)的總長(zhǎng)度。每只鉤碼的質(zhì)量都是10 g。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。(彈力始終未超出彈簧的彈性限度，g取10 N/kg) 鉤碼質(zhì)量/g 0 10 20 30 40 50 彈簧總長(zhǎng)度/cm 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 彈力大小/N 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 (1)試根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)度l之間的函數(shù)關(guān)系圖像。 (2)圖像在l軸上的截距的物理意義是________。該

11、彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。 解析：(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)、連線，所得F-l圖像如圖所示。 (2)圖像在l軸上的截距表示彈簧原長(zhǎng)。由圖像可知，彈簧的勁度系數(shù)應(yīng)等于直線的斜率，即k＝＝20 N/m。 答案：(1)見解析圖　(2)表示彈簧原長(zhǎng)　20 4．某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度為l1，如圖甲所示，圖乙是此時(shí)固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大圖，示數(shù)l1＝________ cm。在彈簧下端分別掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)相同鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度分別是l

12、2、l3、l4、l5。已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量是50 g，掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力F2＝________N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8 m/s2)。要得到彈簧伸長(zhǎng)量x，還需要測(cè)量的是__________。作出F-x曲線，得到彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 解析：刻度尺的分度值為1 mm，所以刻度尺的讀數(shù)為l＝25.85 cm，掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力F2＝G＝mg＝2×0.05×9.8 N＝0.98 N，公式F＝kΔx中的Δx是彈簧的形變量，所以要得到彈簧伸長(zhǎng)量x，還需要測(cè)量彈簧的原長(zhǎng)l0。 答案：25.85(25.81～25.89均可)　0.98　彈簧的原長(zhǎng)l0 5．某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。

13、 (1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)，彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在________方向(填“水平”或“豎直”)。 (2)彈簧自然懸掛，待彈簧________時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0，彈簧下端掛上砝碼盤時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x。 在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6，數(shù)據(jù)如下表： 代表符號(hào) L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 數(shù)值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號(hào)為________。由表可知所用刻度尺的最小分度為_

14、_______。 (3)如圖所示是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長(zhǎng)度與________的差值(填“L0”或“Lx”)。 (4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為__________N/m，通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為________g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取g＝9.8 m/s2)。 解析：(1)實(shí)驗(yàn)器材應(yīng)豎直放置。 (2)待彈簧靜止時(shí)測(cè)量其長(zhǎng)度。L3數(shù)值與其他數(shù)值的有效數(shù)字不同，因此該數(shù)值記錄不規(guī)范。由表中數(shù)值保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位(0.01 cm)，可知測(cè)量?jī)x器應(yīng)為毫米刻度尺，最小刻度為1 mm。 (3)橫軸表示彈簧的形變量，因此應(yīng)是彈簧長(zhǎng)度與Lx的差值。 (4)圖像的斜率k1＝0.5，又Δmg＝kΔx， 所以彈簧的勁度系數(shù)k＝g＝0.5×9.8 N/m＝4.9 N/m， 砝碼盤的質(zhì)量為m＝＝1.0×10－2 kg＝10 g。 答案：(1)豎直　(2)靜止　L3　1 mm　(3)Lx(4)4.9　10