高考物理总复习实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系8304568.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、实验思路与操作

装置图与思路

操作要领

思路：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．图像法：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)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)画图像

描点画线时，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．

误差分析

(1)弹簧所受拉力大小的不稳定易造成误差，使弹簧的一端固定，通过在另一端悬挂钩码来产生对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度．

(2)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，测量时尽量精确地测量弹簧的长度．

(3)描点、作图不准确也会造成误差．

【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．由图像找出m－l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·山东博兴统考]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如图甲所示的F－x图像，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像如图丙所示．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．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)．

考点二拓展创新型实验

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