实验2　探究弹簧形变与弹力的关系-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验2　探究弹簧形变与弹力的关系 知识体系·思维导图 考点整合·素养提升 主题1 数据处理 1.描点连线。 2.以弹簧的伸长为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行再考虑二次函数。 主题2 误差分析 1.钩码标值不准确,弹簧长度测量不准确带来误差。 2.画图时描点及连线不准确也会带来误差。 主题3 注意事项 1.安装实验装置:要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。 2.不要超过弹簧的弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超过弹簧的弹性限度。 3.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。 4.观察所描点的走向:不要画折线。 5.统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及其单位。 知识训练·能力提升 能力点一　实验原理及操作 1.安装:按照原理装置图安装实验仪器。 2.操作:弹簧竖直悬挂,待钩码静止时测出弹簧长度。 3.作图:坐标轴标度要适中,单位要标注,连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧,明显偏离图线的点要舍去。 【典例1】(2021届重庆模拟)某同学在“探究弹簧形变与弹力的关系”时,将轻质弹簧竖直悬挂,弹簧下端挂一个小盘,在小盘中增添砝码,改变弹簧的弹力,通过旁边竖直放置的刻度尺可以读出弹簧末端指针的位置x。实验得到了弹簧指针位置x与小盘中砝码质量m的图像如图2所示,g取10 m/s2。回答下列问题: (1)某次测量如图1所示,指针指示的读数为　　　　 cm(刻度尺单位为cm)。  (2)从图2可求得该弹簧的劲度系数为　　　　 N/m(结果保留2位有效数字)。  (3)另一同学在做该实验时有下列做法,其中正确的是　　　　。  A.实验中未考虑小盘受到的重力 B.刻度尺零刻度未与弹簧上端对齐 C.读取指针指示的读数时,选择弹簧指针上下运动最快的位置读取 D.在利用x-m图像计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分数据 【答案】(1)18.00　(2)0.30　(3)AD 【解析】(1)刻度尺的最小分度为0.1 cm,故读数为18.00 cm。 (2)由题图2可知,弹簧的劲度系数k= N/m ≈ 0.30 N/m。 (3)本实验中采用图像法处理数据,故小盘受到的重力可以不考虑,A项正确;读数时刻度尺的零刻度应与弹簧上端对齐,才能准确测量,B项错误;在读指针的读数时,应让弹簧指针静止之后再读取,C项错误;当拉力超过弹性限度时,x-m图像将变成曲线,不再符合胡克定律,故应舍去曲线部分数据,D项正确。 能力点二 数据处理与误差分析 1.列表分析法:分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量Δx的关系,可以先考虑F和Δx的乘积,再考虑F和Δx的比值,也可以考虑F和(Δx)2的关系或F和的关系等,结论:为常数。 2.图像分析法:作出F-Δx图像,如图所示。此图像是过坐标原点的一条直线,即F和Δx成正比关系。要注意坐标轴代表的物理量的意义,注意分析图像的斜率、截距的物理意义。 【典例2】(2019年海南卷,T23)某同学利用图1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,其下端可以悬挂砝码(实验中,每个砝码的质量均为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在绳下端挂上一个砝码,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,记录砝码的个数及指针的位置; ③逐次增加砝码个数,并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内); ④用n表示砝码的个数,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2中作出l-n图像。 n 1 2 3 4 5 l/cm 10.48 10.96 11.45 11.95 12.40 (2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及l-n图线的斜率a表示,表达式为k = 　　;若g取9.8 m/s2,则本实验中k =　　　　N/m(结果保留3位有效数字)。  【答案】(1)见解析　(2)　 109 【解析】(1)作出l-n图像如下: (2)由胡克定律有:k====;由l-n图像知直线的斜率a== m=0.0045 m,则弹簧的劲度系数k== N/m=109 N/m。 能力点三 学以致用与创新拓展 创新点 创新解读 实验原理的创新 将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆,在水平方向做实验。消除了弹簧自重的影响 实验器材的改进 将弹簧水平放置,且一端固定在传感器上,传感器与电脑相连,对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时,电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像,分析图像得出结论 运用k=处理数据 (1)将“弹力变化量”转化为“质量变化