1、1实验 探究弹力和弹簧伸长的关系实验原理及注意事项1.(2017江西四校联考)(多选)关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,以下说法正确的是( BC )A.弹簧被拉伸时,拉力越大越好B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要使弹簧保持竖直状态C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要在钩码处于静止状态时读数D.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量解析:弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度,选项 A 错误;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要使弹簧保持竖直状态,此时弹簧的弹力等于钩码的重力,选项 B 正确;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要在钩码处于静止状态时读数,选项 C 正确;用刻度尺测得弹簧的长
2、度不是伸长量,是原长和伸长量之和,选项 D 错误.2.以下是某同学所进行的“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验步骤: (1)将一个弹簧的上端固定在铁架台上,竖直悬挂起来,在弹簧下挂一个钩码,记下钩码的质量 m1,此时弹簧平衡.弹力大小为 F1=m1g,并用刻度尺测量出此时弹簧的长度 l1,并记录到表格中.(2)再增加钩码,重复上述的操作,逐渐增加钩码的重力, 得到多组数据.(3)以力 F 为纵坐标,以弹簧长度 lx为横坐标,根据所测的数据在坐标纸上描点.(4)按坐标纸上所描各点的分布与走向,作出一条平滑的曲线(包括直线).(5)根据图线的特点,分析弹簧的弹力 F 与弹簧长度 lx的关系,并得出
3、实验结论.以上步骤中至少有三处不当之处,请将不合理的地方找出来并进行修正.解析:(1)中还应该测出弹簧的原长 l0,此时应在不挂钩码的情况下,让弹簧保持自然下垂状态,用刻度尺测出从悬点到弹簧下端的长度即为 l0.(3)中建立坐标系时应该以弹簧的形变量为横坐标,因为探究的是弹力与弹簧伸长量的关系.(5)中应分析弹力和弹簧伸长量的关系.答案:见解析实验数据处理及误差分析3.(2017天津高一检测)某同学利用如图(甲)所示的装置测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上砝码盘.通过改变盘中砝码的质量,测得 6 组砝码的质量 m 和对应的弹簧长度 l,画出 m l 图线,如图(乙)所示
4、.采用恰当的数据处理,得到该弹簧的劲度系数为 3.44 N/m.若考虑砝码盘的质量,结果与 3.44 N/m 相比( C )2A.偏大 B.偏小C.相同 D.无法判断解析:设砝码盘质量为 m0,弹簧原长为 l0,根据胡克定律有(m+m 0)g=k(l-l0),即 m= l-（m 0+ ）,则由 m l 图线的斜率可求出 k,其结果与是否考虑砝码盘质量无关,选项 C 正确.4.(2017山东菏泽一中高一检测)小华在课外探究弹簧的长度跟外力的变化关系,利用如图(甲)所示实验装置记录了相应实验数据如表:钩码质量/g 0 50 100 150 200 250 300 400指针位置/cm 2 3 4
5、5 6 7 7.5 7.5(1)小华通过这项研究在实际中可把该弹簧制作成 . (2)分析实验数据你可以得到的结论是 . (3)小华作出了如图(乙)三个图像,其中正确的是 . 解析:(1)由表中数据可知,在 02.5 N 的范围内,弹簧的伸长随拉力的增大而加长,且二者比值不变,即弹簧的伸长与所受拉力成正比,据此可制作弹簧测力计.(2)由表中数据可知,在 50250 g 的范围内,弹簧的长度随物体质量的增大而均匀变长,即弹簧的长度和受到的重力(拉力)成正比.(3)由表中数据可知,弹簧的原长为 2 cm,F x 图线应从 x=2 cm 处开始,选项 A 错误,B 正确;当超过弹簧的弹性限度,即使再增
6、加物体的重力,弹簧也不会再伸长,选项 C 错误.3答案:(1)弹簧测力计 (2)在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,伸长就越长 (3)B实验创新与设计5.(2017河南郑州高一检测)实验室中有多个完全相同的弹簧.某同学想要测量这种弹簧的劲度系数,由于没有钩码,只有一根质量为 M=1.5 kg 的圆柱形细长金属棒.该同学设计了如图(甲)所示的实验装置,在铁架台上等高地悬挂几个弹簧,并在一边竖直固定一刻度尺,金属棒用几个弹簧共同悬挂.待金属棒稳定后,记录金属棒一端的轻小指针所指的刻度,然后每次撤去一个弹簧,直到只有两个弹簧,记录各次金属棒稳定后指针所指的刻度,并将数据填在表格中,已知刻度尺最小刻度为
7、 1 mm,g=9.8 m/s2.弹簧个数 n 2 3 4 5 6 7 8指针所指刻度x/cm24.08 13.7 10.73 8.84 7.72 6.86 6.15每个弹簧上的弹力F/N(1)表格中有一个数据记录错误,应改为 . (2)将表格中第三行数据填上.(3)请你根据表格数据在图(乙)中作出 F x 图像.(4)根据图像求出弹簧的劲度系数为 k= N/m,F x 图像为不过原点的直线,原因是 . 解析:(1)刻度尺最小刻度为 1 mm,故指针所指的刻度均应保留到 0.01 cm,则可知读数 13.7有误,应改为 13.70.(2)由于金属棒重力确定,由弹簧个数可求出每根弹簧的弹力,则表
8、格中第三行数据分别为(由左到右)7.35,4.90,3.68,2.94,2.45,2.10,1.84.(3)根据表中数据在坐标系中描点,并通过这些点作出 F x 图像,如图所示.4(4)根据胡克定律可知,图线的斜率表示弹簧的劲度系数,则可知劲度系数 k=N/m=41.7 N/m.由于横坐标记录的是弹簧长度,故 F x 不过原点,图像与横坐标的交点表示弹簧的原长.答案:(1)13.70 (2)见解析 (3)见解析 (4)41.7(41.541.9 均可) x 不是弹簧的伸长量6.(2017成都高一检测)将两根自然长度相同、劲度系数不同、粗细也不同的弹簧套在一起,看做一根新弹簧,设原粗弹簧(记为
9、A)劲度系数为 k1,原细弹簧(记为 B)劲度系数为 k2、套成的新弹簧(记为 C)劲度系数为 k3.关于 k1,k2,k3的大小关系,同学们做出了如下猜想:甲同学:和电阻并联相似,可能是 = +乙同学:和电阻串联相似,可能是 k3=k1+k2丙同学:可能是 k3=(1)为了验证猜想,同学们设计了相应的实验装置见图(甲).(2)简要实验步骤如下,请完成相应填空.a.将弹簧 A 悬挂在铁架台上,用刻度尺测量弹簧 A 的自然长度 L0;b.在弹簧 A 的下端挂上钩码,记下钩码的个数 n、每个钩码的质量 m 和当地的重力加速度大小 g,并用刻度尺测量弹簧的长度 L1;c.由 F= 计算弹簧的弹力,由
10、 x=L1-L0计算弹簧的伸长量,由 k= 计算弹簧的劲度系数; d.改变 ,重复实验步骤 b,c,并求出弹簧 A 的劲度系数的平均值 k1; e.仅将弹簧分别换为 B,C,重复上述操作步骤,求出弹簧 B,C 的劲度系数的平均值 k2,k3.比较 k1,k2,k3并得出结论.(3)图(乙)是实验得到的图线,由此可以判断 同学的猜想正确. 解析:(2)根据二力平衡可知 F=nmg,改变钩码的个数,重复实验.(3)由图可知 k1=kA= N/m=25 N/m5k2=kB= N/m=37.5 N/mk3=kC= N/m=62.5 N/m满足 k3=k1+k2,故乙同学猜想正确.答案:(2)nmg 钩码的个数 (3)乙
