2020-2021学年第2节 科学探究：弹力当堂检测题

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角度1实验原理和实验操作
【典例1】用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系的实验装置,如图甲所示。
(1)实验中还需要的测量工具有:_______________。
(2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x。由图可知:图线不通过原点的原因是____________________________________;弹簧的劲度系数k=____________ N/m(计算结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 N/kg)。
(3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像,下列说法正确的是( )
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小
D.弹力与弹簧长度成正比
【解析】(1)实验需要测弹簧的长度、形变量,故还需要的实验器材是刻度尺。
(2)由题图可知,当F=0时,x大于零,说明没有挂重物时,弹簧有伸长,是由于弹簧自身的重力造成的,图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比,则k== N/m=6.5 N/m。
(3)在F-L图像中横截距表示弹簧的原长,由题图可知b的原长比a的长,故A错误;在F-L图像中斜率表示弹簧的劲度系数k,由题图可知a的劲度系数比b的大,故B正确,C错误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故D错误。
答案:(1)刻度尺 (2)弹簧自身有重力 6.5 (3)B
角度2实验数据处理
【典例2】某实验小组做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验,实验时,先把弹簧平放在桌面上,用直尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一只钩码记下对应的弹簧长度L,数据记录如表所示:
(1)根据表中数据在图中作出F-L图线。
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k=____________ N/m。
(3)图线与L轴的交点坐标大于L0的原因是 ________________________。
【解析】(1)描点作图,如图所示:
(2)图像的斜率表示劲度系数,故有:k==50 N/m。
(3)图线与L轴的交点坐标表示弹簧不挂钩码时的长度,其数值大于弹簧原长,因为弹簧自身重力的影响。
答案:(1)见解析图 (2)50 (3)竖直悬挂时,弹簧自身重力的影响
类型二 创新型实验
【典例3】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中,实验装置如图甲所示。右侧挂上钩码,相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度L。
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标纸中描点,如图乙所示。请作出F-L图线。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=_______________cm,劲度系数k=____________N/m。
(3)试根据以上该同学的实验情况,帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。
【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来(舍去偏离较大的点),如图所示。
(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L0=5×10-2 m=5 cm。
劲度系数为图象直线的斜率,k=20 N/m。
(3)记录数据的表格如下:
答案:(1)图见解析 (2)5 20 (3)见解析
【创新评价】
【创新探究】
(1)将弹簧水平放置的优点是什么?
提示:避免了弹簧自身所受重力对实验的影响。
(2)该实验的缺点是什么?
提示:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差增大。
钩码个数
1
2
3
4
5
弹力F/N
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
弹簧的长度L/cm
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
钩码个数
0
1
2
3
4
5
弹力F/N
弹簧长度L/×10-2m
装置的优化
弹簧水平使用,钩码的重力作为弹簧的拉力,消除了弹簧的自重影响
图像的优化
利用F-L图像进行数据处理而非常规的F-x图像