2021版高考物理一轮复习实验二探究弹簧弹力和伸长量的关系典型例题(含解析)

2021届高考二轮复习实验精解训练实验2：探究弹力和弹簧伸长量的关系（含解析）1.某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其形变量的关系”的实验。

（1）某次在弹簧下端挂上钩码后，弹簧下端处的指针在刻度尺上的指示情况如图乙所示，此时刻度尺的读数x=_______。

（2）根据实验数据在图丙的坐标纸上已描出了多次测量的弹簧所受弹力大小F跟弹簧长度x之间的函数关系点，请作出F x-图线。

（3）根据所作出的图线，可得该弹簧的劲度系数k=_______N/m。

（保留两位有效数字）2.“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验装置如图1所示，所用的每个钩码的重力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L，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，测出每次相应的弹簧总长度L.（弹簧的弹力长度始终在弹性限度以内）（1）某同学通过以上实验测量得到6组数据，并把6组数据描点在坐标系图中，如图2所示，请在图2中作出F L-图线.（2）由此图线可得出该弹簧的原长为________cm，劲度系数为________N/m.（3）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置比较，优点在于：___________，缺点在于：______________.3.某同学用如图甲所示装置探究弹力和弹簧伸长量的关系，实验步骤如下：①测出不挂钩码时弹簧的自然长度；②将1个钩码挂在弹簧的下端，测出弹簧总长度L ； ③将2、3、4个钩码逐个挂在弹簧的下端，重复②。

（1）该同学测量后把数据描点在坐标图乙中，请你帮助该同学作出F L -图线。

（2）由此图线可得出该弹簧的原长0L =_______cm ，劲度系数k =______N/m 。

（结果保留一位小数）4.某同学做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。

步骤如下：（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。

弹簧轴线和刻度尺都应在__________方向（填“水平”或“竖直”）。

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系基础点1.实验装置图2．实验目的(1)探究弹力和弹簧伸长量的关系。

(2)学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。

3．实验原理(1)如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。

(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系。

4．实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线。

5．实验步骤(1)仪器安装：如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。

(2)测量与记录：①记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0，即弹簧的原长。

②在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度l，求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。

③改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在下列表格中。

记录表：弹簧原长l0＝________cm。

6.数据处理(1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图，连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x 变化的图线。

(2)以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。

重难点一、误差分析1．系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。

2．偶然误差1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止。

2．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些。

3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差。

实验(二) [实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系]1．某实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，得到弹力与弹簧长度关系的图象如图S2－1所示，则：(1)弹簧的原长为______cm.(2)弹簧的劲度系数为________N/cm.(3)若弹簧的长度为2l 2－l 1时仍在弹簧的弹性范围内，此时弹簧的弹力为________．图S2－12．为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m 与弹簧长度l 的相应数据，其对应点已在图S2－2上标出．(g＝9.8 m/s 2)图S2－2(1)作出m －l 的关系图线；(2)弹簧的劲度系数为________N/m.3．通过“探究弹力与弹簧伸长的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F 的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x 成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同．已知一根原长为L 0、劲度系数为k 1的长弹簧A ，现把它截成长为23L 0和13L 0的B 、C 两段，设B 段的劲度系数为k 2、C 段的劲度系数为k 3，关于k 1、k 2、k 3的大小关系，同学们做出了如下猜想：甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以k 1＝k 2＝k 3；乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以k 1<k 2<k 3； 丙同学：同一根弹簧截成的两段，越长劲度系数越大，所以k 1>k 2>k 3.(1)可以通过实验来验证猜想．实验所需的器材除铁架台外，还有__________． (2)简要写出实验步骤．(3)图S2－3是实验得到的弹力与弹簧伸长的关系图线．根据图线，弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？图S2－34．2012·广东卷某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0L x L1L2L3L4L5L6数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．由表可知所用刻度尺的最小分度为________．图S2－4(3)图S2－4是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“L x”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)．实验(二)1．(1)l 1 (2)F 0l 2－l 1(3)2F 0[解析] (1)F ＝0时对应的弹簧长度即为弹簧的原长．(2)在F —l 图象中，图线的斜率即为弹簧的劲度系数．(3)弹簧的形变量为2l 2－l 1－l 1＝2(l 2－l 1)，故此时弹簧的弹力为2F 0.2．(1)如图所示 (2)0.26[解析] (1)根据所描的点画直线即可．(2)在直线上取相距较远的两点，横轴之差Δl 为弹簧长度的变化量，纵轴之差Δm 为砝码质量的变化量，则弹簧的劲度系数k ＝ΔF Δl ＝ΔmgΔl ≈0.26 N/m.3.(1)刻度尺、已知质量且质量相等的钩码(或弹簧测力计) (2)实验步骤：a ．将弹簧B 悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度L B .b ．在弹簧B 的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n 个)，并用刻度尺测量弹簧的长度L 1.c ．由F ＝mg 计算弹簧的弹力；由x ＝L 1－L B 计算出弹簧的伸长量．由k ＝Fx计算弹簧的劲度系数k 2.d ．改变钩码的个数，重复实验步骤b 、c ，并求出弹簧B 的劲度系数k 2的平均值e ．按实验步骤a 、b 、c 、d 求出弹簧C 的劲度系数k 3的平均值．f ．比较k 1、k 2、k 3，得到结论．(3)从同一根弹簧上截下的几段，越短劲度系数越大 4．(1)竖直 (2)静止 L 3 0.1 cm (3)L x (4)4.9 10 [解析] (1)本实验是利用重力与弹力平衡获取若干数据，再利用图象处理数据得到劲度系数的．测量时，弹簧及刻度尺都要保持在竖直状态；(2)读数时，要等弹簧静止时才能读取；由记录的值可知，刻度尺的最小分度为0.1 cm ，但最小分度后还要估读一位，故记录L 3是不符合规范的；(3)弹簧的长度与弹簧挂上砝码盘时弹簧长度L x 的差值才是由于添加砝码而伸长的长度；(4)砝码盘的质量为m 0，砝码的质量为m ，当挂上砝码盘时有：m 0g ＝k (L x －L 0)，当砝码盘中的砝码质量为m 时，弹簧的长度为L n ，此时有m 0g ＋mg ＝k (L n －L 0)，两式联立得：mg ＝k (L n －L x )，即k ＝mgL n －L x ，由图象知图线的斜率为k ′＝60×10－3－012×10－2－0kg/m ＝0.50 kg/m ，故劲度系数k ＝k ′g ＝4.9 N/m ，而m 0＝k （L x －L 0）g ＝4.9×（27.35－25.35）×10－29.8kg ＝10 g.。

2021年高考物理一轮复习专题测试专题02 相互作用一、单项选择题（每题4分，共40分）1．如图所示的实验可以用来研究物体所受到的滑动摩擦力。

当手拉木板从木块下抽出时，弹簧测力计的示数为f，由此可知（）A．木板与桌面间的滑动摩擦力等于fB．木块与木板间的滑动摩擦力等于fC．绳子对木板的拉力等于fD．人手对绳子的拉力等于f解析由于木块静止，所受滑动摩擦力等于弹簧的弹力f，B正确，A错误；绳子对木板的拉力、人手对绳子的拉力都未知，C、D错误。

答案 B2.如图所示的容器内盛有水,器壁AB部分是一个平面且呈倾斜状,有一个小物件P处于图示位置并保持静止状态,则该物体()A.可能受三个力作用B.可能受四个力作用C.一定受三个力作用D.一定受四个力作用答案B物体一定受到重力和浮力,若浮力大小等于重力,则二者可以平衡,物体与AB间没有相互作用,故可能受两个力作用;若浮力大于重力,则物体一定会受AB的弹力,由于弹力垂直于接触面向下,物体只有受到斜向下的摩擦力才能受力平衡,故物体可能受四个力;故只有B 项正确,A、C、D错误。

3.图为节日里悬挂灯笼的一种方式,A、B点等高,O为结点,轻绳AO、BO长度相等,拉力分别为F A、F B,灯笼受到的重力为G。

下列表述正确的是()A.F A一定小于GB.F A与F B大小相等C.F A与F B是一对平衡力D.F A与F B大小之和等于G答案B由题意知,A、B两点等高,且两绳等长,故F A与F B大小相等,B选项正确。

若两绳夹角大于120°,则F A=F B>G;若夹角小于120°,则F A=F B<G;若夹角等于120°,则F A=F B=G,故选项A、D错。

夹角为180°时,F A与F B才能成为一对平衡力,但这一情况不可能实现,故C项错。

4.(2020广东湛江模拟)如图所示,三根粗细均匀完全相同的圆木A、B、C堆放在水平地面上,处于静止状态,每根圆木的质量为m,截面的半径为R,三个截面圆心连线构成的等腰三角形的顶角θ=120°,若在地面上的两根圆木刚好要滑动,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不考虑圆木之间的摩擦,重力加速度为g,则()A.圆木间的弹力为mgB.下面两根圆木对地面的压力均为mgC.地面上的每根圆木受到地面的作用力为mgD.地面与圆木间的动摩擦因数为答案B对A进行受力分析,如图所示,A处于平衡状态,合力为零,则有F N1sin =F N2sin,F N1 cos+F N2 cos =mg,解得F N1=F N2=mg,故A错误;对整体受力分析,受到重力、地面的支持力、B受到的向右的摩擦力和C受到的向左的摩擦力,由对称性可知,竖直方向有==mg,故B正确;对B进行研究,地面对B的作用力等于地面对B的支持力与地面对B的摩擦力的合力,大于mg,故C错误;对C,根据平衡条件得F f=F N2 sin 60°=mg×=mg,所以地面对C的摩擦力大小为mg,根据F f=μ,可得μ===,故D错误。

微专题15 实验：探究弹力和弹簧伸长量的关系1．实验原理：二力平衡，弹簧对重物的弹力与重物重力平衡．2．数据处理：图像法，要注意横坐标是弹簧形变量还是弹簧总长度．1．(2019·河北张家口市上学期期末)某同学用如图1甲所示装置探究弹力和弹簧伸长量的关系，实验步骤如下：图1①测出不挂钩码时弹簧的自然长度；②将1个钩码挂在弹簧的下端，测出弹簧总长度L;③将2、3、4个钩码逐个挂在弹簧的下端，重复②.(1)该同学测量后把数据描点在坐标系图乙中，请你帮助该同学作出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.(结果均保留一位小数)2．(2019·广东深圳市4月第二次调研)某实验小组要测量轻弹簧的劲度系数，实验装置如图2(a)．将弹簧悬挂在固定铁架台上，毫米刻度尺竖直固定在弹簧旁，在弹簧下端挂上钩码，多次改变钩码质量m，读出钩码静止时固定在挂钩上的指针对应的刻度尺示数l.当钩码质量为200g时，指针位置如图(b)所示．用所测数据在m－l坐标系描点如图(c)．取g＝9.8m/s2.回答下列问题：图2(1)图(b)中指针对应的刻度尺示数为________cm；(2)在图(c)中将钩码质量为200g时所对应的数据点补上，并作出m－l图线；(3)根据图线算出弹簧的劲度系数为________N/m(结果取三位有效数字)．3．(2019·四川资阳市一诊)在探究弹簧的弹力与伸长量之间关系的实验中，所用装置如图3甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中．图3伸长量x/cm246810弹力F/N 1.50 2.93 4.55 5.987.50(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量间的关系图线；(2)由图乙中描绘的关系图线求得这一弹簧的劲度系数为________．(结果保留三位有效数字)答案精析1．(1)见解析图(2)5.0 25.0(24.9～25.1均可)解析(1)作出F－L图像如图所示；(2)由图像可知该弹簧的原长L0＝5.0cm，劲度系数k＝FΔx＝2.515－5×10－2N/m＝25.0N/m.2．(1)18.50(18.48～18.52) (2)见解析图(3)24.5(24.0～25.0)解析(1)由题图(b)可知，刻度尺的分度值为0.1cm，则读数为18.50cm；(2)钩码质量为200g时对应的弹簧长度为18.50cm，m－l图线如图所示．(3)根据k＝ΔFΔx可知，弹簧的劲度系数k＝ΔFΔx＝ΔmgΔx＝0.3×9.822.50－10.50×10－2N/m＝24.5N/m.3．(1)见解析图(2)75.0N/m 解析(1)描点作图，如图所示．(2)根据图像，该直线为过原点的倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图像的斜率表示弹簧的劲度系数，k ＝ΔFΔx ＝75.0N/m.。

2021届高考物理一轮复习实验2探究弹力和弹簧伸长的关系课时知能训练1．(双选)如图2－4－4甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如图乙所示．则下列判定正确的是( )图2－4－4A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C．该弹簧的劲度系数是100 N/mD．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变【解析】由题图知，F－x是一条过原点的直线，k＝错误! N/m＝200 N/m，可知A、C 错，B、D正确．【答案】BD2．下列关于“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验的说法中正确的是( )A．实验中F的具体数值必须运算出来B．假如没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F－L也是过原点的一条直线C．利用F－x图线可求出k值D．作F－x图象时要把所有点连到线上，才能得到真实规律【解析】 该实验研究弹簧弹力与其伸长量之间的关系，能够用一个钩码的重力作为弹力的单位，因此弹力F 的具体数值没必要运算出来，A 错．通过实验探究可知F ∝x (伸长量)，F －x 图象是过坐标原点的一直线，而用L 代替x 后则F －L 图线只是原点，故B 错．F －x图线关系显示，Fx确实是劲度系数k ，故C 对．实验中有的数据可能存在较大误差，因此做图时能够舍去，不必连到线上，故D 错．【答案】 C3．为了测量某一弹簧的劲度系数，将该弹簧竖直悬挂起来，在自由端挂上不同质量的砝码．实验测出了砝码质量m 与弹簧长度l 的相应数据，其对应点已在图2－4－5上标出(g ＝9.8 m/s 2)图2－4－5(1)作出m －l 的关系图线． (2)弹簧的劲度系数为________N/m.【解析】 (1)应使尽量多的点在同一条直线上．(2)由胡克定律F ＝kx ，得k ＝ΔFΔx 即图线的斜率表示弹簧的劲度系数，由图象得k ＝.【答案】 (1)如图所示(2)～4．某小组在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验时测出数据如下表所示.弹簧长度l (cm)砝码重力(N)图2－4－6(1)试求三位同学所作图象的函数关系式，并比较三个函数关系式的适用条件及区别；(2)三个函数关系式中的比例系数各有什么物理意义，其单位是什么？【答案】(1)甲同学的函数关系式为F＝100x，在x为[0,0.02 m]内适用；乙同学的函数关系式为F＝100(l－，在l为[0.025 m,0.040 m]内适用；丙同学的函数关系式为x＝1100 F，在F为[0, N]内适用三位同学所列函数关系式的区别在于选择的自变量和因变量不同，甲和丙同学得到的函数为正比例函数，应用比较简便；乙同学得到的函数为一次函数，使用不简便．甲同学的函数关系式为胡克定律(2)甲、乙同学的函数关系式中比例系数表示：弹簧伸长1 m所需拉力的大小，即弹簧的劲度系数，单位是N/m；丙同学函数关系式的比例系数表示：1 N的力作用在弹簧上，弹簧能伸长的长度，单位是m/N图2－4－75．在“探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图2－4－7.所用的每个钩码的重力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．(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在如坐标图2－4－8中，请作出F －L图线图2－4－8(2)由此图线可得出的结论是_____________________________________． 该弹簧的原长为L 0＝____cm ，劲度系数k ＝______N/m.(3)试依照以上该同学的实验情形，请你关心他设计一个记录实验数据的表格．(不必填写事实上验测得的具体数据)(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．优点在于：__________________________________________________； 缺点在于：__________________________________________________. 【解析】 (1)如图(2)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比 10 25 (3)如下表次数 1 2 3 4 5 6 弹力F /N 弹簧的长度L /×10－2m(4)实验误差．【答案】 见解析6．橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x 与弹力F 成正比，即F ＝kx ，k 的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L 、横截面积S 有关．理论和实践都说明k ＝Y SL，其中Y 是一个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量．(1)在国际单位制中，杨氏模量Y 的单位应该是( ) A ．N B ．m C ． N/mD ．Pa(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋，应用如图2－4－9(a)所示的实验装置，能够测量出它的杨氏模量Y 的值．第一利用测量工具a 测得橡皮筋的长度L ＝20.00 cm ，利用测量工具b 测得橡皮筋未受到拉力时的直径D ＝4.000 mm ，那么测量工具a 和b 应分别为________、________.图2－4－9(3)用如图(a)所示的装置就能够测量出这种橡皮筋的Y 值，表中为橡皮筋受到的拉力F 与伸长量x 的实验记录，请在图(b)中作出F －x 的图象.拉力F (N)伸长量x (cm)4. 80(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y 值为________(保留一位有效数字)【解析】 在国际单位制中k 、S 、L 的单位分别是N/m 、m 2、m.代入k ＝Y SL进行单位运算得Y 的单位为N/m 2，即Pa.由于橡皮筋的长度的测量结果准确到1 mm ，因此其测量工具为毫米刻度尺．而直径的测量结果准确到0.01 mm ，因此其测量工具为螺旋测微器．依照表格中的数据，作出F ­x 图象如图所示，由图象求出k 值，将有关数据代入公式k ＝Y S L，求出Y 值，Y ＝kL S，代入数值解得Y ＝5×106Pa.【答案】 (1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器 (3)见解析图 (4)5×106Pa。

2021年高考物理一轮复习考点专题（08）实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系（解析版）考点一基础实验考查处理实验数据的方法1．列表分析法：分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量Δx的关系，可以先考虑F和Δx的乘积，再考虑F和Δx的比值，也可以考虑F和(Δx)2的关系或F和Δx的关系等，结论：FΔx为常数．2．图象分析法：作出F­Δx图象，如图所示．此图象是过坐标原点的一条直线，即F和Δx成正比关系．作图的规则：(1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸．(2)作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)．(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义．题型1 对实验操作的考查【典例1】如图(a)所示，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针．现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为________ cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字)．【答案】3.775 53.7【解析】标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm ＋15×0.05 mm＝37.75 mm＝3.775 cm.弹簧形变量x＝(3.775－1.950) cm＝1.825 cm，砝码平衡时，mg ＝kx ， 所以劲度系数k ＝mg x ＝0.100×9.801.825×10－2N/m ＝53.7 N/m.【变式1】(1)某次研究弹簧所受弹力F 与弹簧长度L 的关系实验时得到如图甲所示的F ­L 的图象．由图象可知：弹簧原长L 0＝________ cm ，由此求得弹簧的劲度系数k ＝________ N/m.(2)如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G ＝1 N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为________ cm.由此可推测图乙中所挂钩码的个数________个． 【答案】(1)3.0 200 (2)1.50 3【解析】(1)由题图甲可知，弹簧原长L 0＝3.0 cm.由胡克定律F ＝kx 得k ＝F x ＝12 N0.09 m －0.03 m＝200 N/m.(2)由题图乙可知，指针所指刻度尺示数为L ＝1.50 cm.设钩码个数为n ，由胡克定律得nG ＝k (L 0－L )，解得n ＝k L 0－L G ＝200 N/m ×0.03 m －0.015 m1 N＝3. 题型2 对数据处理和误差的考查【典例2】某同学做实验探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测量弹簧的劲度系数是k .他先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将分度值是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺面上．当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作L 0；弹簧下端挂一个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 1；弹簧下端挂两个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 2；…；挂七个50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L 7.(1)下表记录的是该同学已测出的6个数值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是________和________．代表符号 L 0L 1L 2L 3 L 4L 5L 6L 7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1(2)37(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d 1＝L 4－L 0＝6.90 cm ，d 2＝L 5－L 1＝6.90 cm ，d 3＝L 6－L 2＝7.00 cm.请你给出第四个差值：d 4＝________＝________ cm.(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g 砝码，弹簧平均伸长量ΔL .ΔL 用d 1、d 2、d 3、d 4表示的式子为：ΔL ＝________.代入数据解得ΔL ＝________cm.(5)计算弹簧的劲度系数k ＝________ N/m.(取g ＝9.8 m/s 2)【答案】(1)L 5 L 6 (2)6.85(6.84～6.86均可) 14．05(14.04～14.06均可) (3)L 7－L 3 7.20(7.18～7.22均可) (4)d 1＋d 2＋d 3＋d 44×41.75 (5)28【解析】(1)通过对6个值的分析可知记录有误的是L 5、L 6(估读位不正确)．(2)用分度值是毫米的刻度尺测量时，应正确读数并记录到毫米的下一位，由题图知L 3＝6.85 cm ，L 7＝14.05 cm.(3)利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值d 4＝L 7－L 3＝14.05 cm －6.85 cm ＝7.20 cm. (4)ΔL ＝d 1＋d 2＋d 3＋d 44×4＝6.90＋6.90＋7.00＋7.2016cm ＝1.75 cm.(5)ΔF ＝k ·ΔL ，又ΔF ＝mg ，所以k ＝ΔF ΔL ＝mg ΔL ＝0.050×9.80.017 5 N/m ＝28 N/m.【变式2】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________(填“水平”或“竖直”)方向．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L 0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为L x ；在砝码盘中每次增加10 g 砝码，弹簧长度依次记为L 1至L 6.数据如下表：(3)如图所示是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________(填“L 0”或“L x ”)的差值．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________ N/m ；通过图和表可知砝码盘的质量为________．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s 2)【答案】(1)竖直 (2)静止 L 3 1 mm (3)L x (4)4.9 10 g【解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均在竖直方向． (2)弹簧静止时，记录原长L 0；表中的数据L 3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L 3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，所以刻度尺的分度值为1 mm. (3)由题图知所挂砝码质量为0，x 为0，所以x 应为弹簧长度与L x 的差值．(4)由胡克F ＝k Δx 知，mg ＝k (L －L x )，即mg ＝kx ，所以图线斜率即为劲度系数k ＝ΔmgΔx＝60－10×10－3×9.812－2×10－2N/m ＝4.9 N/m.同理，砝码盘质量m ＝kL x －L 0g ＝4.9×27.35－25.35×10－29.8kg ＝0.01 kg ＝10 g. 考点二 创新实验考查本实验需要测量的物理量是弹力和弹簧的伸长量，命题创新的方向有： 1．运用k ＝ΔFΔx来处理数据 (1)将“弹力变化量”转化为“质量变化量”； (2)将“弹簧伸长量”转化为“弹簧长度变化量”． 2．将弹簧平放在桌面上，消除弹簧自身重力的影响．3．利用计算机及传感器技术，得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象． 4．将弹簧换为橡皮条．题型 探究弹簧的劲度系数与其长度的关系【典例3】某实验小组探究弹簧的劲度系数k 与其长度(圈数)的关系．实验装置如图甲所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P 0、P 1、P 2、P 3、P 4、P 5、P 6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P 0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x 0；挂有质量为0.100 kg 的砝码时，各指针的位置记为x .测量结果及部分计算结果如下表所示(n 为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s 2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.P 1P 2P 3P 4P 5P 6x 0(cm) 2.04 4.06 6.06 8.05 10.03 12.01 x (cm) 2.64 5.26 7.81 10.30 12.93 15.41 n 10 20 30 40 50 60 k (N/m)163 ① 56.043.633.828.81k(m/N) 0.006 1②0.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7(1)(2)以n 为横坐标，1k 为纵坐标，在图乙给出的坐标纸上画出1k­n 的图象．(3)图乙中画出的直线可近似认为通过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为n 的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k 与其圈数n 的关系表达式为k ＝________ N/m ；该弹簧的劲度系数k 与其自由长度l 0(单位为m)的关系表达式为k ＝________ N/m.【答案】(1)81.7 0.012 2 (2)见解析图 (3)1.75×103n 3.47l 0【解析】(1)根据胡克定律有mg ＝k (x －x 0)，解得k ＝mg x －x 0＝0.100×9.805.26－4.06×10－2 N/m ≈81.7 N/m ，1k≈0.012 2.(2)1k­n 图象如图所示．(3)根据图象可知，k 与n 的关系表达式为k ＝1.75×103n N/m ，由于60匝弹簧的总长度为11.88 cm ，则n 匝弹簧的原长满足n l 0＝6011.88×10－2，代入k＝1.75×103nN/m ，可得k ＝3.47l 0N/m.【变式3】某研究性学习小组要研究弹簧的劲度系数与绕制弹簧的金属丝直径间的关系，为此他们选择了同种材料制成的不同直径的钢丝来绕制弹簧．(1)进行此项实验需要采用控制变量法，除了材料相同外，你认为还应控制哪些因素相同(写出两项即可)______________________________________________．(2)用游标卡尺测量绕制弹簧的钢丝直径，某次测量示数如图所示，则该钢丝的直径为________mm.(3)根据下表中相关数据，分析可得：在其他条件相同的情况下，弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的________次幂成正比.可)(2)1.4 (3)4【解析】(1)弹簧的自然长度、总匝数、弹簧圈的直(半)径或弹簧的粗细或弹簧的横截面积等． (2)由图知，该钢丝的直径为1 mm ＋4×0.1 mm ＝1.4 mm.(3)由表可得弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的几次幂的比值，1320.9＝146.7，4141.2＝345，1321.11＝118.9，4140.83＝498.8，1320.81＝162.9，4141.44＝287.5，1320.73＝180.8，4141.73＝239.3，1320.66＝200，4142.07＝200，故在其他条件相同的情况下，弹簧的劲度系数与其所用钢丝直径的4次幂成正比．。

第 1 页 共 17 页【基础测试】1．某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数(遵循胡克定律且实验中弹力始终未超过弹性限度)，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为L 0的橡皮筋的上端固定在O 点，下端挂一重物．用与白纸平行的水平力(由拉力传感器显示其大小)作用于N 点，静止时记录下N 点的位置a ，请回答：(1)若拉力传感器显示的拉力大小为F ，用刻度尺测量橡皮筋ON 的长为L 及N 点与O 点的水平距离为x ，则橡皮筋的劲度系数为________(用所测物理量表示)．(2)若换用另一个原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时N 点的位置b ，发现O 、a 、b 三点刚好在同一直线上，其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是________．A ．第二次拉力传感器显示的拉力示数较大B ．两次拉力传感器显示的拉力示数相同C ．第二次所用的橡皮筋的劲度系数小D ．第二次所用的橡皮筋的劲度系数大【解析】(1)设橡皮筋与竖直方向夹角为θ，重物重力为G ，结点N 在竖直拉力(重物重力G )、橡皮筋拉力T 和水平拉力F 作用下处于平衡状态，满足图示关系，则sin θ＝F T ，而sin θ＝xL ，T ＝k (L －L 0)，联立得k＝FLx （L －L 0）.(2)由受力图知F ＝G tan θ，两次中G 、θ均相同，所以两次拉力传感器显示的拉力示数相同，A 错，B 对；同理，两次橡皮筋的拉力也相同，而橡皮筋的原长相同，第二次的伸长量大，由胡克定律知第二次所用的橡皮筋的劲度系数小，C 对，D 错．【答案】(1)FLx（L－L0）(2)BC2．为了探究弹簧弹力F和弹簧伸长量x的关系，李强同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示的图象．(1)从图象上看，该同学没能完全按实验要求做，使图象上端成为曲线，图象上端成为曲线是因为______________________________．(2)这两根弹簧的劲度系数分别为：甲弹簧为______ N/m，乙弹簧为________ N/m.若要制作一个精确度相对较高的弹簧测力计，应选弹簧________(选填“甲”或“乙”)．【解析】(1)在弹性限度范围内弹簧的弹力与形变量成正比，超过弹簧的弹性限度范围，则此规律不成立，所以题给的图象上端成为曲线，是因为形变量超过弹簧的弹性限度．(2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为：k甲＝F甲Δx甲＝46×10－2N/m≈66.7 N/mk乙＝F乙Δx乙＝84×10－2N/m＝200 N/m要制作一个精确程度较高的弹簧测力计，应选用一定的外力作用时形变量大的弹簧，故选甲弹簧．【答案】(1)形变量超过弹簧的弹性限度(2)66.7200甲第2 页共17 页第 3 页 共 17 页3．在探究弹力和弹簧伸长的关系时，某同学先按图(a)对弹簧甲进行探究，然后把弹簧甲和弹簧乙并联起来按图(b)进行探究．在弹性限度内，将质量为m ＝50 g 的钩码逐个挂在弹簧下端，分别测得图(a)、图(b)中弹簧的长度L 1、L 2如表所示．钩码个数 1 2 3 4 L 1/cm 30.00 31.04 32.02 33.02 L 2/cm29.3329.6529.9730.30取重力加速度g ＝10 m/s 2，计算弹簧甲的劲度系数k ＝________N/m ，由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧乙的劲度系数．【解析】分析图(a)中，钩码数量和弹簧伸长量的关系为每增加一个钩码，弹簧长度伸长约1 cm ，所以弹簧劲度系数k 1＝ΔF Δl ＝mg Δl ＝0.50 N 0.01 m ＝50 N/m.分析图(b)中可得，每增加一个钩码，弹簧伸长约0.32 cm ，即k 1×0.003 2＋k 2×0.003 2＝mg ，根据弹簧甲的劲度系数可以求出弹簧乙的劲度系数．【答案】50 能4．如图甲所示，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．(1)为完成实验，还需要的实验器材有：______________．(2)实验中需要测量的物理量有：________________．(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m.图线不过原点的原因是由于______________________________．(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数；F．解释函数表达式中常数的物理意义；G．整理仪器．请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：________．【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量．(2)根据实验原理，实验中需要第4 页共17 页第 5 页 共 17 页测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)．(3)取图象中(0.5，0)和(3.5，6)两个点，代入F ＝kx 可得k ＝200 N/m ，由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量．(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG .【答案】(1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外力与弹簧对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧自身存在重力 (4)CBDAEFG5．用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A 点，另一端B 用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm 的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P 对应刻度如图乙中ab 虚线所示，再增加一个钩码后，P 点对应刻度如图乙中cd 虚线所示，已知每个钩码质量为50 g ，重力加速度g ＝9.8 m/s 2，则被测弹簧的劲度系数为________N/m ，挂三个钩码时弹簧的形变量为________cm.【解析】增加一个钩码，弹簧的拉力增加ΔF ＝mg ＝0.49 N ，弹簧的伸长量增加Δx ＝7 mm ＝7×10－3 m ，故弹簧的劲度系数为k ＝ΔF Δx ＝0.497×10－3N/m ＝70 N/m. 挂三个钩码时，x ′＝3mg k ＝3×50×10－3×9.870 m ＝2.10×10－2 m ＝2.10 cm【答案】70 2.106．某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l 1，如图1所示，图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大图，示数l 1＝____cm.在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l 2、l 3、l 4、l 5.已知每个钩码质量是50 g ，挂2个钩码时，弹簧弹力F 2＝________N(当地重力加速度g ＝9.8m/s 2)．要得到弹簧伸长量x ，还需要测量的是________．作出F －x 曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系．【解析】根据图2指针指示可知，l1＝25.85 cm，挂2个钩码时，以2个钩码整体为对象，受重力mg 和弹簧的拉力F2作用而处于平衡，根据共点力平衡条件有：F2＝mg＝2×50×10－3×9.8 N＝0.98 N，弹簧的伸长(或缩短)量x＝|l－l0|，其中l为弹簧形变以后的长度，l0为弹簧的原长，因此要得到弹簧伸长量x，还需要测量弹簧的原长l0.【答案】25.850.98弹簧的原长l07．某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持________状态．(2)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线．由此图线可得该弹簧的原长x0＝________ cm，劲度系数k＝________ N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x________ cm.＝第6 页共17 页【解析】(1)为了刻度尺读数准确，要求刻度尺保持竖直．(2)由胡克定律可得F＝k(x－x0)，可知：图线与x轴的截距大小等于弹簧的原长，即x0＝4 cm；图线的斜率大小等于弹簧的劲度系数k＝50 N/m.(3)由胡克定律可得F＝k(x－x0)，代入数据得x＝10 cm.【答案】(1)竖直(2)450(3)108.在“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验中，某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端，进行测量，根据实验所测数据，利用描点法作出了所挂钩码的重力G与弹簧总长L的关系图象，如图所示．根据图象回答以下问题．(1)弹簧的原长为________．(2)弹簧的劲度系数为________．(3)分析图象，总结出弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为________．【解析】由题图知，当不挂钩码时，弹簧长10 cm，即弹簧原长为10 cm；弹簧的劲度系数等于图象的斜率，即k＝40（14－10）×10－2N/m＝1000 N/m，由数学函数关系可得弹簧弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为F＝1 000(L－0.10) N.【答案】(1)10 cm(2)1000 N/m(3)F＝1 000(L－0.10) N【能力测试】1.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示．所用的每个钩码的重力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．第7 页共17 页(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图中，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)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于___________________；缺点在于_________________．【解析】(1)F－L图线如图所示．(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－2 m＝5 cm.第8 页共17 页劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20 N/m.(3)记录数据的表格如下表.次数弹力F/N弹簧的长度L/(×10－2 m)(4)优点是：可以避免弹簧自身重力对实验的影响．缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差．【答案】(1)见解析图(2)520(3)、(4)见解析2.(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时得到如图甲所示的F-L图象。

实验2 探究弹力与弹簧伸长量的关系➢要点梳理一、实验目的1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。

2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。

二、实验原理弹簧受到拉力会伸长，在弹性限度内，平衡时弹簧产生的弹力与外力大小相等。

弹簧伸长量越大弹力越大。

通过测量弹簧所受外力的大小和弹簧的伸长量，可以进一步研究这两者之间的关系。

三、实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。

四、实验步骤1.如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，让其自然下垂，在靠近弹簧处将刻度尺(分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。

2.用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。

3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中。

4.改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。

五、数据处理1.以弹力F为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，建立坐标系，选取合适的单位，用描点法作图。

用平滑的曲线连接各点，得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。

2.以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数。

首先尝试一次函数，如果不行，则考虑二次函数等。

3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。

六、误差分析1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。

2.偶然误差：七、注意事项（1）不要超过弹性限度：所挂钩码不要过重，以免弹簧遭受过度拉伸，超出它的弹性限度。

（2）描点不要太密：每次所挂钩码的质量差稍大一些，从而使坐标系上描的点间距稍大些，这样作出的图像更精确。

（3）弹簧稳定后测量：测量弹簧长度时，定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以消除弹簧自重的影响。

（4）描点连线的原则：连线时，所描的点不一定都落在图像上，但应注意使不在图像上的点大致均匀分布在图像的两侧。