必修 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系-2022高考理化生必备实验图表（必修+选择性必修）

高中理化生必备实验图表 GAOZHONG LIHUASHENG BIBEI SHIYAN TUBIAO 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系 实 验 目 的 1. 学会探究弹簧弹力与形变量之间的关系 。 2． 会利用列表法 、 图像法 、 函数法处理实验数据 。 3． 能根据 F－x 图像求出弹簧的劲度系数 。 实 验 原 理 1. 弹簧弹力 F 的确定 ： 在弹簧下端悬挂钩码 ， 静止的钩码所受弹力大小与所挂钩码的重力大小相等 ， 即 F＝mg 。 2． 弹簧的伸长量 x 的确定 ： 弹簧的原长 l 0 与挂上钩码后弹簧的长度 l 可以用刻度尺测出 ， 弹簧的伸长量 x＝l－l 0 。 3． 图像法处理实验数据 ： 作出弹簧弹力 F 与形变量 x 的关系图像 ， 根据图像可以分析弹簧弹力和形变量的关 系 。 实 验 器 材 弹簧 、 刻度尺 、 钩码 、 铁架台 、 铅笔 、 坐标纸 1. 将弹簧的上端固定在铁架台的横杆上 ， 用刻度尺测出弹簧自由下垂时的长度 l 0 ， 即弹簧 的原长 。 2． 如图 1 所示 ， 在弹簧下端悬挂质量为 m 1 的钩码 ， 测出此时弹簧的长度 l 1 ， 记录 m 1 和 l 1 。 3． 改变所挂钩码的质量 ， 测出对应的弹簧长度 ， 记录 m 2 ， m 3 ， m 4 ， m 5 ， … 和相应的弹簧长 度 l 2 ， l 3 ， l 4 ， l 5 ， …。 4． 计算出每次弹簧的形变量 x （ x＝l－l 0 ） 和弹簧受到的拉力 F （ F＝mg ）， 并将数据填入表格 。 1. 建立如图 2 所示的直角坐标系 ， 以弹簧的弹力 F 为纵轴 ， 以弹簧形变量 x 为横轴 ， 根据测量数据在坐标纸上 描点 ， 作出 F－x 图像 。 2． 以弹簧的伸长量为自变量 ， 写出图像所代表的函数 。 首先尝试一次函数 ， 如果不行则考虑二次函数 。 3． 得出弹簧弹力和形变量之间的定量关系 ， 解释函数表达式中常数的物理意义 。 实 验 步 骤 数 据 处 理 次数 1 2 3 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 4 5 要点提示 1. 尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响 。 2． 实验中弹簧下端挂的钩码不要太多 ， 避免超出弹簧的弹性限度 。 3． 测量长度时 ， 应区别弹簧原长 l 0 、 实际长度 l 及形变量 x 三者之间的不同 ， 明确三者之间的关系 。 为了减小弹簧自 身重力带来的影响 ， 测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自由下垂状态 ， 而不是平放在水平面上处于自然伸长状态 。 4． 记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位 。 5． 描点作图时 ， 应使尽量多的点落在画出的线上 ， 可允许少数点均匀分布于线两侧 ， 偏离太大的点应舍去 ， 描出 的线不应是折线 ， 而应是平滑的曲线或直线 。 O x/m F/N 图 1 图 2 10 物 理 直击高考 （ 2019 · 海南卷 ） 某同学利用图 a 的装置测量轻弹簧的劲度系数 。 图中 ， 光滑的细杆和直尺水平固定在 铁架台上 ， 一轻弹簧穿在细杆上 ， 其左端固定 ， 右端与细绳连接 ； 细绳跨过光滑定滑轮 ， 其下端可以悬挂 钩码 （ 实验中 ， 每个钩码的质量均为 m＝50.0 g ）。 弹簧右端连有一竖直指针 ， 其位置可在直尺上读出 。 实 验步骤如下 ： ① 在绳下端挂上一个钩码 ， 调整滑轮 ， 使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触 ； ② 系统静止后 ， 记录钩码的个数及指针的位置 ； ③ 逐次增加钩码个数 ， 并重复步骤 ② （ 保持弹簧在弹性限度内 ）： ④ 用 n 表示钩码的个数 ， l 表示相应的指针位置 ， 将获得的数据记录在表格内 。 回答下列问题 ： （ 1 ） 根据下表的实验数据在图 b 中补齐数据点并作出 l-n 图像 。 （ 2 ） 弹簧的劲度系数 k 可用钩码质量 m 、 重力加速度大小 g 及 l-n 图线的斜率 α 表示 ， 表达式为 k＝ 。 若 g 取 9.8 m/s 2 ， 则本实验中 k＝ N/m （ 结果保留 3 位有效数字 ）。 解析： （1） 描出点后， 作出图线如图所示。 （ 2 ） l-n 图线的斜率为 α＝ Δl Δn =4.9×10 -3 m 由胡克定律有 ： ΔF＝kΔl ， 即 Δnmg＝kΔl 联立以上各式可得 ： k= mg α 所以可得劲度系数为 ： k＝ 50×10 -3 ×9.8 4.9×10 -3 N/m＝100 N/m 答案 ： （ 1 ） 图线如图所示 ： （ 2 ） mg α （ 3 ） 100 n 1 2 3 5 l/cm 10.48 10.96 11.45 12.40 4 11.95 l/cm 13.