2021高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系題型突破練含解析

1、實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】(2019和平區(qū)模擬)在做“探究彈簧彈力與彈簧形變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí):(1)甲同學(xué)將彈簧水平放置測(cè)出其自然長(zhǎng)度,然后豎直懸掛讓其自然下垂,在其下端施加豎直向下的外力f,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出彈簧彈力與彈簧形變量的關(guān)系,此操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的原因是_。(2)乙同學(xué)按正確操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),但未測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量,而是每次測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度l,并作出外力f與彈簧總長(zhǎng)度l的關(guān)系圖線如圖甲所示,由圖可知,該彈簧的原長(zhǎng)為_cm;該彈簧的勁度系數(shù)為_n/m。(3)丙同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出彈簧彈力與彈簧形變量的關(guān)系圖線如圖乙所示,造成圖線后來(lái)彎曲的原因是_。【解析】

2、(1)由于彈簧自身重力的影響,彈簧豎直懸掛時(shí),彈簧在沒(méi)有外力的情況下已經(jīng)伸長(zhǎng)了一段距離,故作出的f-x圖象不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。(2)由圖線和坐標(biāo)軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示彈簧的原長(zhǎng)可知彈簧的原長(zhǎng)為10 cm;當(dāng)拉力為10 n時(shí),彈簧的形變量為x=(30-10) cm=20 cm=0.2 m,由胡克定律f=kx得:k=fx=100.2 n/m=50 n/m。(3)乙圖,當(dāng)彈力達(dá)到一定范圍時(shí),出現(xiàn)拉力與形變量不成正比,說(shuō)明彈力超出最大限度。答案:(1)彈簧自身有重量 (2)1050(3)外力已超過(guò)彈性限度【解題通法】數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)解析法:以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量,嘗試寫出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的函數(shù)解析式,首

3、先嘗試一次函數(shù),如果不行再考慮二次函數(shù)。(2)列表法:將測(cè)得的f、x填入設(shè)計(jì)好的表格中,可以發(fā)現(xiàn)彈力f與彈簧伸長(zhǎng)量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的。(3)圖象法:以彈簧伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),彈力f為縱坐標(biāo),描出f、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn),作出的擬合曲線是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。熱點(diǎn)二創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)【典例2】某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長(zhǎng)度(圈數(shù))的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示:一均勻長(zhǎng)彈簧豎直懸掛,7個(gè)指針p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處;通過(guò)旁邊豎直放置的刻度尺,可以讀出指針的位置,p0指向0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時(shí),各指針的位置

4、記為x0;掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí),各指針的位置記為x。測(cè)量及部分計(jì)算結(jié)果如表所示(n為彈簧的圈數(shù),取重力加速度為9.80 m/s2)。已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個(gè)彈簧的自由長(zhǎng)度為11.88 cm。p1p2p3p4p5p6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(n/m)16356.043.633.828.81k(m/n)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 7(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:_,_。(2)以n為橫坐標(biāo),1k為縱坐標(biāo),在圖乙

5、給出的坐標(biāo)紙上畫出1k-n的圖象。(3)圖乙中畫出的直線可近似認(rèn)為通過(guò)原點(diǎn)。若從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧,該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k=_ n/m;該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長(zhǎng)度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k=_ n/m?！緞?chuàng)新點(diǎn)分析】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新,不是作常見的f-x的圖象,而是1k-n圖象?！窘馕觥?1)由胡克定律有k=mgx-x0=0.1009.80(5.26-4.06)10-2 n/m=81.7 n/m,故有1k=0.012 2 m/n。(2)1k-n圖象如圖所示(3)因1k-n圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線,由圖可得圖線的斜率1kn=5.7110-4 m/n,故有1k=5.7110-4n,即k=1.75103n(n/m),由表中n與x0數(shù)據(jù)可知彈簧的圈數(shù)n與原長(zhǎng)l0的關(guān)系為n=500l0,故k=1.75103500l0=3.50l0(n/m)。答案:(1)81.70.012