第二章 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系-2023高考物理【直击双1流】一轮复习讲义

实验 2　 探究弹力和弹簧伸长的关系 一、实验目的 探究弹力和弹簧伸长的定量关系;学会用列表法和图像法 处理实验数据. 二、实验原理 1. 弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到的外力有关. 沿着弹簧伸长的方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧产生的弹力 与使它发生形变的拉力大小在数值上是相等的. 2. 用悬挂法测量弹簧的弹力所运用的正是弹簧的弹力与 挂在弹簧下面的钩码的重力相等这一原理. 3. 弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后 的长度减去弹簧原来的长度进行计算,这样就可以研究弹簧的 弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了. 三、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸等. 四、实验步骤 1. 如图所示,将铁架台放在桌面上 (固定好), 将弹簧的一端固定在铁架 台的横梁上, 在靠近弹簧处将刻度尺 (最小分度为 1 mm) 固定在铁架台上, 并用铅垂线检查刻度尺是否竖直. 2. 记下弹簧下端不挂钩码时所对 应的刻度 L0 . 3. 在弹簧下端挂上一个钩码,待钩 码静止后, 记下弹簧下端所对应的刻 度 L1 . 4. 用上述方法,记下弹簧下端挂 2 个,3 个,4 个 …… 钩码时弹 簧下端所对应的刻度 L2,L3,L4……,并将所得数据记录在表格中. 5. 用 xn = Ln - L0 计算出弹簧下端挂 1 个,2 个,3 个 …… 钩 码时弹簧的伸长量,并根据当地重力加速度 g 的值计算出所挂 钩码的总重力,这个总重力就等于弹簧弹力的大小,并将所得 数据填入表格中. 钩码个数 0 1 2 3 … n 刻度 L … 伸长量 x … 弹力 F … 五、数据处理 1. 根据所测数据在坐标纸上描点,最好以弹簧弹力为纵坐 标,以弹簧的伸长量为横坐标. 2. 按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线 (包括直线) . 所描的点不一定正好都在这条曲线上,但要注意 使曲线两侧的点数大致相同. 3. 以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数,首 先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数. 4. 解释函数表达式中常数的物理意义. 六、注意事项 1. 不要超过弹簧的弹性限度. 实验中弹簧下挂的钩码不要 太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度. 2. 要使用轻质、劲度系数适中的弹簧,尽量多测几组数据. 3. 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,以免增大误差. 4. 观察所描点的走向. 本实验是探究性实验,实验前并不 知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分 析了点的分布和走向之后才可决定用直线来连接这些点. 5. 统一单位. 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应 关系及单位. 例 1 (2021·江西省南昌市二中期末) 某同学想探究弹力 与弹簧伸长量的关系. 他的实验步骤如下: (1) 将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧,弹簧 轴线和刻度尺都应在 方向(选填“水平” 或“竖直”). (2) 弹簧自然悬挂,待弹簧 时,长度记为 L0 ,弹 簧下端挂上砝码盘时,长度记为 Lx;在砝码盘中每次增加 10 g 砝码,弹簧长度依次记为 L1 至 L6 ,得到的数据如下表: 代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值 / cm 25. 35 27. 35 29. 35 31. 30 33. 4 35. 35 37. 40 39. 30 　 　 表中有一个数值记录不规范,代表符号为 . 由 表可知所用刻度尺的最小分度为 . (3) 如图是该同学根据 表中数据作的图,纵轴是砝 码的质量,横轴是弹簧长度 与 的差值(选填 “L0 ” 或“Lx”) . (4) 由图可知该弹簧的 劲度系数为 N / m;通 过图和表可知砝码盘的质量 为 g. (结果均保 留 2 位有效数字,重力加速度 g 取 9. 8 m / s2 ) (1) 将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧 一侧,弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向. (2) 弹簧自然悬挂,待弹簧稳定时,记录长度. 表中 L3 的数 值记录不规范,长度应为 33. 40 cm,由表可知所用刻度尺的最 小分度为 1 mm. (3) 在砝码盘中每次增加 10 g 砝码,所以弹簧的形变量应 该是弹簧长度与 Lx 的差值. (4) 由图可知 k = ΔF Δx = 4.9 N/ m,通过题中图和表可知L0 = 25.35 cm,Lx = 27.35 cm,所以砝码盘的质量为m = k(Lx - L0) g = 10 g. (1) 竖直 　 (2) 稳定 　 L3　 1 mm　 (3)Lx 　 (4)4. 9　 10 1. (2021·河南省信阳市新时代学校月考) 如图甲所示,用铁架 台、弹簧和多个已知质量且