全国卷1探究胡克定律实验有详细答案

全国卷1探究胡克定律实验有详细答案,)1．实验目的(1)探究弹力和弹簧伸长的关系．(2)培养学生实验探究的科学方法．2．实验原理弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长越大，弹力也就越大．3．实验器材铁架台、弹簧、钩码若干、毫米刻度尺、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸．4．实验步骤(1)安装实验仪器．(2)测量弹簧的伸长(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据．(3)根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标．(4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的图线，所画的点不一定正好在这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同．1．数据处理(1)解析法：以弹簧的伸长为自变量，写出图线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数．(2)列表法：将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的．(3)图象法：以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线．2．注意事项(1)对钩码的要求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．②每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确．(2)测量与记录数据①测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量．②记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．(3)画图象描点画线时，所描的点不一定都落在一条线上，但应注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点均匀分布在线的两侧．3．误差分析(1)弹簧长度的测量和作图象时造成偶然误差．(2)钩码标值不准确造成系统误差．对原理和操作的考查(2015·高考福建卷)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．甲乙丙(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm；(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________；(填选项前的字母)A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)图乙的示数为14.66cm，所以弹簧的伸长量为(14.66－7.73)cm＝6.93cm.(2)为了得到较多的数据点，应逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码弹簧的长度和钩码的总重力，即A正确．(3)不遵循胡克定律，说明超出了弹簧的弹性限度．[答案](1)6.93(2)A(3)超出弹簧的弹性限度1．(2015·高考四川卷)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l1，如图甲所示，图乙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l1＝______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l2、l3、l4、l5.已知每个钩码质量是50g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2＝________N(当地重力加速度g＝9.8m/s2)．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：由题图乙知l1＝25.85cm.挂两个钩码时，弹簧弹力F＝0.98N．要测弹簧伸长量，还需要测量弹簧的原长．答案：25.850.98弹簧原长2．(2014·高考浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm.(2)在弹性限度内，将50g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如下表所示．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m(重力加速度g＝10m/s2)．由表中数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36解析：(1)刻度尺读数需要估读到精确位的下一位，从题图乙可知指针示数为16.00cm，考虑到误差范围，15.95～16.05cm均算对．(2)由胡克定律F＝kΔx，结合表格数据可知弹簧Ⅰ的劲度系数k1＝50×10－3×10(19.71－15.71)×10－2N/m＝12.5N/m，考虑误差范围情况下12.2～12.8N/m均算正确；对于计算弹簧Ⅱ的劲度系数，只需要测出弹簧Ⅱ的形变量，结合两个指针的读数，可知指针B的示数变化量减去指针A的示数变化量，就是弹簧Ⅱ的形变量，所以能求出弹簧Ⅱ的劲度系数．答案：(1)16.00(15.95～16.05)(有效数字位数正确)(2)12.5(12.2～12.8)能数据处理及误差分析(2014·高考全国卷Ⅱ)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系．实验装置如图所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6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，P0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg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9.80m/s2)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm.P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)163①56.043.633.828.81k(m/N)0.0061②0.01790.02290.02960.0347(1)将表中数据补充完整：①________，②________.(2)以n为横坐标，1k为纵坐标，在下图给出的坐标纸上画出1k－n图象．(3)上图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的关系的表达式为k＝________N/m；该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k＝________N/m.[解析](1)①k＝mgΔx2＝0.100×9.80N(5.26－4.06)×10－2m≈81.7N/m；②1k＝181.7m/N≈0.0122m/N.(2)描点法，画一条直线，让大部分的点都落在直线上，或均匀分布在直线两侧．(3)设直线的斜率为a，则有1k＝an，即k＝1a·1n，通过计算斜率即可求得；弹簧共60圈，则有n＝60l00.1188，把其代入k＝1a·1n中可求得．[答案](1)①81.7②0.0122(2)如图所示(3)1.75×103n1.67×103n～1.83×103n3.47l03.31l0～3.62l03．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Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30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________．(3)如图为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“Lx”)．(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9.8m/s2)．解析：(1)悬挂法测量弹簧的弹力时，弹簧轴线和刻度尺应在竖直方向上．(2)当弹簧静止时，读出弹簧的原长，此时误差较小；表中数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，由表格中的数据可知刻度尺的最小刻度为1mm.(3)图象经过坐标原点，纵轴是砝码的质量，则横轴为与所挂钩码质量相对应的弹簧的伸长量，所以横轴是弹簧长度与Lx的差值．(4)由图象知，弹簧的劲度系数为k＝ΔFΔx＝60×10－3×9.812×10－2N/m＝4.9N/m，砝码盘的质量m＝k(Lx－L0)g＝0.01kg＝10g.答案：(1)竖直(2)静止L31mm(3)Lx(4)4.9104．为了探究弹力F和弹簧伸长量x的关系，某同学选了甲、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图象．(1)从图象上看，该同学没能完全按照实验要求做，从而使图象上端成为曲线，图象上端成为曲线是因为________________________________．(2)甲、乙弹簧的劲度系数分别为________N/m和________N/m(结果保留三位有效数字)；若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(填“甲”或“乙”)．(3)从上述数据和图线中分析，请对这个研究课题提出一个有价值的建议．解析：(1)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，超过弹簧的弹性限度，则此规律不成立，所以所给的图象上端为曲线，是因为弹簧的形变量超过其弹性限度．(2)甲、乙两根弹簧的劲度系数分别为k甲＝ΔF甲Δx甲＝46×10－2N/m≈66.7N/mk乙＝ΔF乙Δx乙＝84×10－2N/m＝200N/m要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选用在一定的外力作用时，弹簧的形变量大的弹簧，故选弹簧甲．(3)建议：实验中钩码不能挂太多，以保证弹簧的形变量在弹性限度内．答案：(1)弹簧的形变量超过其弹性限度(2)66.7200甲(3)见解析探究弹力和弹簧伸长的关系扫一扫进入精品微课本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响．1．一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杆，在水平方向做实验；或是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度．2．利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象(如图甲、乙所示)，分析图象得出结论．3．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”．范例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：伸长量x/×10－2m2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(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之间的关系图线．(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为________．(保留三位有效数字)[解析](1)描点作图，如图．(2)根据图象，该直线为过原点的一条倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度