(全國版)高考物理一輪復習課時練習必修1 第二章 實驗二 (含解析)

實驗二探究彈力和彈簧伸長的關系一、基本原理與操作 原理裝置圖操作要領平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等(1)操作：彈簧豎直懸掛，待鉤碼靜止時測出彈簧長度(2)作圖：坐標軸標度要適中，單位要標注，連線時要使各數(shù)據(jù)點均勻分布在直線的兩側(cè)，明顯偏離曲線的點要舍去二、數(shù)據(jù)處理1．圖象法：根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標系的坐標紙上描點。以彈簧的彈力F為縱軸，彈簧的伸長量x為橫軸，根據(jù)描點的情況，作出一條經(jīng)過原點的直線。2．列表法：將實驗數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈力與彈簧伸長量的比值不變。3．函數(shù)法：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關系。注意事項(1)不要超過彈性限度實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性限度。(2)盡量多測幾組數(shù)據(jù)要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。(3)觀察所描點的走向不要畫折線。(4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。誤差分析1．鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差。2．畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差。熱點一教材原型實驗命題角度實驗原理與步驟【例1】如圖1甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關系。圖1(1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：__________。(2)實驗中需要測量的物理量有：____________________________________________________________________________________________________________。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F－x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為__________N/m。圖線不過原點的原因是________________________________________________________________________________________________。(4)為完成該實驗，設計的實驗步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F(xiàn))對應的點，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關系式。首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：__________。解析(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量。(2)根據(jù)實驗原理，實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應的伸長量(或?qū)膹椈砷L度)。(3)取圖象中(0.5，0)和(3.5，6)兩個點，代入F＝kx，可得k＝200N/m，由于彈簧自身存在重力，使得彈簧不加外力時就有形變量。(4)根據(jù)完成實驗的合理性可知先后順序為CBDAEFG。答案(1)刻度尺(2)彈簧原長、彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應的伸長量(或?qū)膹椈砷L度)(3)200彈簧自身存在重力(4)CBDAEFG命題角度數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】在“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗中。(1)某同學使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度的圖象如圖2所示。下列表述正確的是()圖2A．a(chǎn)的原長比b的長B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D．測得的彈力與彈簧的長度成正比(2)為了測量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的鉤碼。實驗測出了鉤碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應數(shù)據(jù)，其對應點已在圖3上標出。作出m－l的關系圖線。彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。圖3(3)若懸掛的鉤碼的質(zhì)量比所標數(shù)值偏小些，則實驗測得的彈簧的勁度系數(shù)比實際勁度系數(shù)偏__________。解析(1)在F－l圖象中，圖線與l軸交點的橫坐標表示彈簧原長，故a的原長比b的小，題圖圖線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，所以a的勁度系數(shù)比b的大；由于圖象沒有通過原點，彈簧的長度等于原長加變化量，彈簧的長度和彈力不成正比。(2)由胡克定律F＝kx得：k＝eq\f(F,x)＝eq\f(Δmg,Δl)＝g·k斜＝0.255N/m。(3)因鉤碼所標數(shù)值比實際質(zhì)量偏大，且所用鉤碼越多，偏差越大，因此所作出的m－l圖線比實際情況下的圖線斜率(即勁度系數(shù))偏大。答案(1)B(2)圖線如圖所示0.255(0.248～0.262均正確)(3)大熱點二實驗拓展創(chuàng)新【例3】(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L關系實驗時，得到如圖4a所示的F－L圖象，由圖象可知：彈簧原長L0＝________cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。,圖4)(2)按如圖b的方式掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G＝1N)，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖b，則指針所指刻度尺示數(shù)為________cm。由此可推測圖b中所掛鉤碼的個數(shù)為________個。解析(1)由胡克定律F＝k(L－L0)，結(jié)合題圖a中數(shù)據(jù)得L0＝3.0cm，k＝200N/m。(2)由題圖b知指針所示刻度為1.50cm，由F＝k(L0－L)，可求得此時彈力為F＝3N，故所掛鉤碼的個數(shù)為3個。答案(1)3.0200(2)1.5031．(2018·全國卷Ⅰ，22)如圖5(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標尺由游標和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標刻度線準確對齊的裝置，簡化為圖中的指針。現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當托盤內(nèi)沒有砝碼時，移動游標，使其零刻度線對準指針，此時標尺讀數(shù)為1.950cm；當托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時，移動游標，再次使其零刻度線對準指針，標尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm。當?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(保留3位有效數(shù)字)。圖5解析實驗所用的游標卡尺的精確度為0.05mm，游標卡尺上游標第15條刻度線與主尺刻度線對齊，根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)則，題圖(b)所示的游標卡尺讀數(shù)為3.7cm＋15×0.05mm＝3.7cm＋0.075cm＝3.775cm。托盤中放有質(zhì)量為m＝0.100kg的砝碼時，彈簧受到的拉力F＝mg＝0.100×9.80N＝0.980N，彈簧伸長量為x＝3.775cm－1.950cm＝1.825cm，根據(jù)胡克定律F＝kx，解得此彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(F,x)＝53.7N/m。答案3.77553.72．(2019·江蘇無錫模擬)為探究“影響彈簧受力形變的因素”，興趣小組猜想如下：猜想一：彈簧形變的大小可能與彈簧的長度有關。猜想二：彈簧形變的大小可能與受力的大小有關。猜想三：彈簧形變的大小可能與彈簧的材料有關。他們選擇了甲、乙、丙3根彈簧作為研究對象。已知彈簧甲和丙是同種金屬絲，彈簧乙是另一種金屬絲，甲和乙原長均為6厘米，丙原長為9厘米，其他條件均相同。將彈簧的一端固定，另一端用彈簧測力計，以不同大小的力拉，下表是記錄的實驗數(shù)據(jù)。彈簧受到的拉力(N)01.02.03.04.05.06.07.0甲彈簧的長度(cm)6.06.67.27.88.49.09.610.6乙6.07.08.09.010.011.012.013.0丙9.09.910.811.712.613.514.415.9(1)分析表中數(shù)據(jù)可知，在拉力相同的情況下，甲彈簧伸長的長度________(填“大于”或“小于”)乙彈簧伸長的長度。(2)要證實猜想一，需比較__________兩根彈簧的數(shù)據(jù)。(3)在彈性限度內(nèi)，同一彈簧的__________與它所受的拉力成正比。(4)若他們要制作精確程度較高的彈簧測力計，可以選用原長更__________(填“長”或“短”)的__________(填“甲”或“乙”)彈簧。解析(1)通過甲和乙的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，原長都是6.0cm，在拉力相同的情況下，甲伸長的長度小于乙伸長的長度。(2)根據(jù)控制變量法可知，研究彈簧形變的大小與彈簧長度的關系，就只能讓彈簧長度改變，其他條件都不變，因為甲和丙是同種材料，只有長度不同，所以選擇甲和丙兩根彈簧的數(shù)據(jù)。(3)分析表格數(shù)據(jù)可知，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與它所受的拉力成正比。(4)在相同拉力作用下，彈簧伸長量越大，彈簧就越靈敏，可以用來制作精確程度較高的彈簧測力計；分析表格數(shù)據(jù)可知，在相同拉力作用下，乙彈簧的伸長量大，所以可以用來制作精確程度較高的彈簧測力計，且從方便的角度分析，選用乙彈簧的原長越短越好，這樣不至于出現(xiàn)由于彈簧的總長度太長而制作不方便的情況。答案(1)小于(2)甲和丙(3)伸長量(4)短乙3．(2019·寶雞質(zhì)檢)某物理學習小組用如圖6甲所示裝置來研究橡皮筋的勁度系數(shù)(遵循胡克定律且實驗中彈力始終未超過彈性限度)，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，原長為L0的橡皮筋的上端固定在O點，下端掛一重物。用與白紙平行的水平力(由拉力傳感器顯示其大小)作用于N點，靜止時記錄下N點的位置a，請回答：圖6(1)若拉力傳感器顯示的拉力大小為F，用刻度尺測量橡皮筋ON的長為L及N點與O點的水平距離為x，則橡皮筋的勁度系數(shù)為__________(用所測物理量表示)。(2)若換用另一個原長相同的橡皮筋，重復上述過程，記錄靜止時N點的位置b，發(fā)現(xiàn)O、a、b三點剛好在同一直線上，其位置如圖乙所示，則下列說法中正確的是__________。A．第二次拉力傳感器顯示的拉力示數(shù)較大B．兩次拉力傳感器顯示的拉力示數(shù)相同C．第二次所用的橡皮筋的勁度系數(shù)小D．第二次所用的橡皮筋的勁度系數(shù)大解析(1)設橡皮筋與豎直方向夾角為θ，重物重力為G，結(jié)點N在豎直拉力(重物重力G)、橡皮筋拉力T和水平拉力F作用下處于平衡狀態(tài)，