高考物理总复习实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系.docVIP

实验二探究弹簧弹力与形变量的关系

必备知识·自主排查

一、基本原理与操作

原理装置图

操作要领

需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据，弹力的测量：钩码标值．

形变量的测量：刻度尺

(1)测l0：按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.

(2)测总长和弹力：在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力．

(3)重复：增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量．

(4)作图：坐标轴标度要适中，单位要标注：连线时采用拟合法减小偶然误差．

二、数据处理及分析

1．图象法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点．以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线．

2．列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值不变．

●注意事项

1．不要超过弹性限度

实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超出弹簧的弹性限度．

2．尽量多测几组数据

要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．

3．观察所描点的走向

不要画折线．

●误差分析

1．产生原因

(1)钩码标值不准确．

(2)弹簧长度测量不准确．

(3)描点、作图不准确．

2．减小方法

(1)弹簧一端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数．

(2)固定刻度尺，多测几次．

(3)坐标轴的标度尽量大一些，描线时让尽量多的点落在线上或均匀分布于线的两侧．

关键能力·分层突破

考点一教材原型实验

例1一

名同学用图示装置做“测定弹簧的劲度系数”的实验．

(1)以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验步骤，请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上________．

A．以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据(l，m)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来；

B．记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度l0；

C．将铁架台固定于桌子上，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……钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码；

E．由图象找出ml间的函数关系，进一步写出弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度取g＝10m/s2)；求出弹簧的劲度系数．

(2)图为根据实验测得数据标出的对应点，请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的关系图线．

(3)写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式：________．

(4)此实验得到的结论是：此弹簧的劲度系数k＝________N/m.(计算结果保留三位有效数字)

跟进训练

1.[2022·陕西高新统考]一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中：

(1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了图甲所示的Fx图象，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0＝________cm，弹簧的弹性系数k＝________N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧测力计．当弹簧测力计的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝________cm.

(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图丙所示．下列表述正确的是________．

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．测得的弹力与弹簧的长度成正比

2．[2018·全国卷Ⅰ，22]如图(a)，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1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg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9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为________N/m(保留3位有效数字).

考点二拓展创新实验

例2[2021·广东卷，11]

某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数．缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端．实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示．实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数．

n

1

2

3

4

5

6

Ln/