高考物理一轮复习讲义专题2.3　本专题实验（解析版）.docVIP

专题2.3本专题实验【讲】

【讲核心素养】

科学探究：探究弹簧形变与弹力的关系、研究两个互成角度的共点力的合成规律

（1）学会利用图象法处理实验数据，探究弹簧形变与弹力的关系。

（2）培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。

【讲考点题型】

【知识点六】实验：探究弹力和弹簧伸长量的关系

1．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。

2．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数据（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弹簧伸长量间的关系。

3．实验器材

铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码（若干）、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。

4．实验步骤

（1）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1mm）固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。

（2）记原长：记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0，即弹簧的原长。

（3）测F、x：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）。

（4）重复：改变所挂钩码的数量，重复上述实验步骤（3），要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。

5．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。

6．注意事项

（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。

（4）描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。

（5）记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位。

（6）坐标轴的标度要适中。

【实验拓展与创新能力】

实验原理的创新

1．弹簧水平放置，消除弹簧自身重力对实验的影响。

2．改变弹簧的固定方式，研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系。

实验器材的创新

1．用橡皮筋代替弹簧做实验。

2．拉力传感器显示的拉力F与橡皮筋的弹力并不相等，仅为橡皮筋弹力在水平方向的分力。

实验过程的创新

1．利用固定在弹簧上的7个指针，探究弹簧的劲度系数k与弹簧长度的关系。

2．利用“化曲为直”的思想，将探究劲度系数k与弹簧圈数n的关系，转化为探究eq\f(1,k)与n的关系。

【方法总结】

1．运用k＝eq\f(ΔF,Δx)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．

【例1】（2022·福建·莆田二中模拟预测）某实验小组研究橡皮筋伸长量与所受拉力的关系。实验器材有：一条两端带有细绳套的橡皮筋，钩码若干，刻度尺，铁架台等。

（1）以下实验装置安装最为合理的是________；

A．B．C．D．

（2）将橡皮筋上端固定在铁架台上，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码（质量均为20g），每增挂一个钩码均记下对应的橡皮筋伸长量x（橡皮筋始终在弹性限度内），记录多组实验数据如下表：

钩码个数

1

2

3

4

5

6

7

8

F（N）

0.196

0.392

0.588

0.784

0.980

1.176

1.372

1.568

x（mm）

2.7

9.0

17.7

28.0

42.4

57.7

74.8

91.7

（3）如图所示，以拉力F为横坐标，橡皮筋伸长量x为纵坐标，根据测量数据在坐标纸上进行描点；

（4）根据x-F图判断：橡皮筋弹力与橡皮筋伸长量________（填“是”或“不是”）正比关系；

（5）根据x-F图可知，当橡皮筋伸长量为50.0mm时，该橡皮筋的弹力大小为________N（结果保留小数点后两位）。

【答案】????C????不是????1.06-1.12

【解析】

（1）A、B选项中的橡皮筋左右两侧受力不平均，会导致误差。而D选项中的刻度尺离橡皮筋太远，不利于测量橡皮筋的拉伸长度。