第二章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系（教师用书）-2023高考物理【正禾一本通】高三一轮总复习高效讲义（教科版，老教材老高考）

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 【实验目的】　1.探究弹力与形变量的定量关系。2.学会利用列表法、图像法研究物理量之间的关系。 　　　　　　　备考第1步——理清实验过程，注意实验事项 一、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在数值上是相等的。 2．用悬挂法测量弹簧的弹力，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。 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。即寻求F＝kx的关系。 二、实验器材 弹簧、刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。 三、实验步骤 1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。 2．如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力，填写在记录表格里。 1 2 3 4 5 6 7 F/N L/cm x/cm 3．改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次。 四、数据处理 1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。 2．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。 3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。 【注意事项】 [实验过程] ①安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。 ②不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多。 [数据处理] ①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。 ②观察所描点的走向：不要画折线。 ③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。 [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。 　　　　　　　备考第2步——研典题破重难，透析高考考法 类型1　基础实验过关 【典例引领】 某中学的物理兴趣实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验时，分成了两组来进行探究分析。 (1)小组甲对两个劲度系数不同的弹簧A和弹簧B进行了探究，根据测量的实验数据以弹簧的伸长量(x)为纵坐标，弹簧的弹力(F)为横坐标，在同一坐标系中作出了两弹簧的图像，从图像上看两弹簧的图线的后半段均向上发生了弯曲，其原因是______________________，如果选用其中的一个弹簧制作成精确度比较高的弹簧测力计，则应选__________(选填“A”或“B”)。 (2)小组乙的同学完成了如下的操作： a．将带铁夹的铁架台放在水平桌面上，将弹簧的一端固定在铁夹上使其呈自然状态，并在竖直的弹簧附近平行弹簧固定一刻度尺 b．以弹簧的伸长量(x)为纵坐标，弹簧的弹力(F)为横坐标，根据以上测量的数据在坐标系中描点，并用一条平滑的线连接起来 c．写出弹簧的弹力与弹簧形变量的关系式，并对该关系式中的常量进行解释 d．从刻度尺上读出弹簧下端不悬挂钩码时，弹簧下端所对应的刻度尺上的刻度值，记为L0 e．然后在弹簧的下端依次悬挂1、2、3、4…个钩码，当弹簧稳定时，依次读出弹簧下端所对应的刻度值，分别记为L1、L2、L3、L4…并将对应的数据记录在表格中，随后将钩码取下 请将以上的实验步骤按照正确的顺序排列，将步骤前的字母填在横线上：__________。 解析：(1)图像后半段向上弯曲表明弹簧已经超过了其弹性限度；若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧A，因为弹簧A的劲度系数较小，较小的力能使弹簧A发生较明显的形变，便于测量。 (2)实验步骤的排列顺序为adebc。 答案：(1)弹簧已经超过了其弹性限度　A　(2)adebc 【跟踪训练】 弹簧的劲度系数与弹簧的材质、弹簧丝的粗细、单位长度内的匝数及弹簧的原长等因素有关，为了探究弹簧劲度系数与弹簧原长的关系，某同学设计了如下实验： (1)实验器材：刻度尺、原长约30 cm的轻弹簧一根、质量适当且相同的钩码5个、剪刀一把(用来剪断弹簧)，除以上器材外，还需要的器材是__________。 (2)简要实验步骤如下，请完成相应填空： a．将轻弹簧A悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧的原长L0； b．在弹簧的下端挂上钩码，记下钩码的个数n(n分别取1、2、3、4、5)，并待钩码静止时测出____________，计算出弹簧的伸长量x； c．改变钩码个数，重复实验步骤b； d．将另一根与A完全相同的弹簧剪成长度不同的两段B和C，测出B和C的原长