(全國版)高考物理一輪復(fù)習(xí)課時(shí)練習(xí)必修1 第二章 實(shí)驗(yàn)二 (含解析)

實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系一、基本原理與操作 原理裝置圖操作要領(lǐng)平衡時(shí)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(shí)測(cè)出彈簧長度(2)作圖：坐標(biāo)軸標(biāo)度要適中，單位要標(biāo)注，連線時(shí)要使各數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)，明顯偏離曲線的點(diǎn)要舍去二、數(shù)據(jù)處理1．圖象法：根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。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(diǎn)的情況，作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線。2．列表法：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測(cè)量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系。注意事項(xiàng)(1)不要超過彈性限度實(shí)驗(yàn)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(cè)幾組數(shù)據(jù)要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。(3)觀察所描點(diǎn)的走向不要畫折線。(4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。誤差分析1．鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，彈簧長度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來誤差。2．畫圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來誤差。熱點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)命題角度實(shí)驗(yàn)原理與步驟【例1】如圖1甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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(guān)系。圖1(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：__________。(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)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(diǎn)的原因是________________________________________________________________________________________________。(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺(tái)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(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)應(yīng)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(guān)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(dá)式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器。請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：__________。解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測(cè)量彈簧原長和形變量。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長量(或?qū)?yīng)的彈簧長度)。(3)取圖象中(0.5，0)和(3.5，6)兩個(gè)點(diǎn)，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(shí)就有形變量。(4)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)镃BDAEFG。答案(1)刻度尺(2)彈簧原長、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長量(或?qū)?yīng)的彈簧長度)(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(guān)系”實(shí)驗(yàn)中。(1)某同學(xué)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(cè)得的彈力與彈簧的長度成正比(2)為了測(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)出了鉤碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖3上標(biāo)出。作出m－l的關(guān)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(biāo)數(shù)值偏小些，則實(shí)驗(yàn)測(cè)得的彈簧的勁度系數(shù)比實(shí)際勁度系數(shù)偏__________。解析(1)在F－l圖象中，圖線與l軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)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(diǎn)，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(biāo)數(shù)值比實(shí)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(shí)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(diǎn)二實(shí)驗(yàn)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(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(gè)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?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為________cm。由此可推測(cè)圖b中所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為________個(gè)。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?biāo)究潭葹?.50cm，由F＝k(L0－L)，可求得此時(shí)彈力為F＝3N，故所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為3個(gè)。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(biāo)尺由游標(biāo)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(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡化為圖中的指針?，F(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm。當(dāng)?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(shí)驗(yàn)所用的游標(biāo)卡尺的精確度為0.05mm，游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第15條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，題圖(b)所示的游標(biāo)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(shí)，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(guān)。猜想二：彈簧形變的大小可能與受力的大小有關(guān)。猜想三：彈簧形變的大小可能與彈簧的材料有關(guān)。他們選擇了甲、乙、丙3根彈簧作為研究對(duì)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(cè)力計(jì)，以不同大小的力拉，下表是記錄的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(cè)力計(jì)，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(duì)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(guān)系，就只能讓彈簧長度改變，其他條件都不變，因?yàn)榧缀捅峭N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(cè)力計(jì)；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(cè)力計(jì)，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(xué)習(xí)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(diǎn)，靜止時(shí)記錄下N點(diǎn)的位置a，請(qǐng)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(cè)量橡皮筋ON的長為L及N點(diǎn)與O點(diǎn)的水平距離為x，則橡皮筋的勁度系數(shù)為__________(用所測(cè)物理量表示)。(2)若換用另一個(gè)原長相同的橡皮筋，重復(fù)上述過程，記錄靜止時(shí)N點(diǎn)的位置b，發(fā)現(xiàn)O、a、b三點(diǎn)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(shè)橡皮筋與豎直方向夾角為θ，重物重力為G，結(jié)點(diǎn)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)，