2023届高考物理一轮复习力学精讲-第8讲探究弹簧弹力与形变量的关系

2023届高三一轮复习 第八讲　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 一、必备知识 （一）基础知识 （二）主要方法 1. 列表法：将实验数据填入表中，分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量x的关系，可以先考虑F和x的乘积，再考虑F和x的比值，也可以考虑F和x2的关系或F和的关系等，最后应能得出结论：为常数． 2. 函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系．通过作图找函数关系时，要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图像几乎占满整个坐标图纸．若弹簧原长较长，则横坐标起点可以不从零开始选择．要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图像的斜率、截距的意义 3.解决探究类实验问题的思路： (1) 分析实验目的． (2) 确定实验原理． (3) 明确数据处理方案 例1. 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系． (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________(选填“水平”或“竖直”)方向． (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.数据如表所示： 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) 如图所示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________(选填“L0”或“Lx”)的差值． (4) 由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2) 例2. 某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验． (1) 图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm； 甲 乙 丙 (2) 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________(填序号)． A. 逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B. 随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 (3) 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是____________________________． 例3. 某同学利用图甲所示装置来研究弹簧弹力与形变量的关系．设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间由轻弹簧相连，A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连．挂钩上可以挂上不同质量的物块C.物块B下放置一压力传感器．物块C右边有一个竖直的直尺，可以测出挂钩下移的距离．整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度g＝9.8 m/s2.实验操作如下： 甲 乙 (1) 不悬挂物块C，让系统保持静止，确定挂钩的位置O，并读出压力传感器的示数F0. (2) 每次挂上不同质量的物块C，用手托住，缓慢释放．测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离xi，并读出相应的压力传感器的示数Fi. (3) 以压力传感器示数为纵坐标，挂钩下移距离为横坐标，根据每次测量的数据，描点作出Fx图像如图乙所示． ①由图像可知，在实验误差范围内，可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成________(选填“正比”“反比”或“不确定关系”)． ②由图像可知：弹簧劲度系数k＝________N/m. 例4. 图甲为某同学用力传感器去探究弹簧的弹力和伸长量的关系的实验情景．用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻度x及拉力大小F(从电脑中直接读出)．所得数据记录在下列表格中： 拉力大小F/N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 标尺刻度x/ cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00 甲 乙 丙 (1) 从图乙读出刻度尺上的刻度值为________ cm. (2) 根据所测数据，在图丙坐标纸上作出F与x的关系图像． (3) 由图像求出该弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的原长为________cm.(均保留三位有效数字) 三、巩固练习 1. 为探究“影响弹簧受力形变的因素”，兴趣小组猜想如下：