第四节 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第四节 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系 【要点归纳】 一、实验目的 1．探究弹力和弹簧伸长的关系． 2．学会用列表法和图象法处理物理量之间的关系． 二、实验原理 1．如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等． 2．用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系． 三、实验器材 铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等． 四、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止． 2．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些． 3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差． 4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧． 5．记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位． 6．坐标轴的标度要适中． 五、实验过程 1．如图所示，将铁架台放在桌面上(固定好)，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上，并用重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，即弹簧的原长． 3．在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度l，求出弹簧的伸长x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)． 4．改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在下列表格中． 记录表：弹簧原长l0＝________cm. 　　　次数 内容 1 2 3 4 5 6 拉力F/N 弹簧总长/cm 弹簧伸长/cm 5.以力为纵坐标，以弹簧的伸长为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点． 6．按照图中各点的分布与走向，作出一条平滑的图线．所画的点不一定正好都在这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大致相同． 7．以弹簧的伸长为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义． 六、误差分析 1．钩码标值不准确造成系统误差． 2．弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差． 【夯实基础练】 1．(2022•重庆市高三(下)二模) 某学习小组在学习了“胡克定律”后，进行探究“橡皮筋弹力与橡皮筋伸长量的关系”实验。 实验器材：一条两端带有细绳套的橡皮筋，一个标准测力计，刻度尺。 实验步骤： (1)将橡皮筋一端固定，另一端用标准测力计拉伸，记录测力计的读数F，并用刻度尺测量此时橡皮筋的伸长量x；多次实验，记录多组实验数据如下表：(橡皮筋始终在弹性限度内) 次数 1 2 3 4 5 6 F(N) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 x(cm) 0.65 1.80 3.42 5.43 8.05 11.79 (2)请根据表格数据，在如图所示坐标纸上描点，作出F-x图象。( ) (3)根据F-x图象说明：橡皮筋弹力与橡皮筋伸长量的关系________(填“符合”或“不符合”)“胡克定律”。 (4)根据F-x图象可知，当橡皮筋伸长量为10.00cm时，该橡皮筋的弹力大小为_________N。 【解析】 (2)[1]以表格中的橡皮筋的伸长量x为横坐标，测力计的读数F为纵坐标，将各组数据所对应的点描在坐标纸上，描出点后用平滑的曲线将各点连成线。 (3)[2]根据胡克定律，橡皮筋弹力与橡皮筋伸长量成正比，[1]中所做F-x图像不是过原点的倾斜直线，故橡皮筋弹力与橡皮筋伸长量的关系不符合胡克定律。 (4)[3] 根据F-x图象可知，当橡皮筋伸长量为10.00cm时，该橡皮筋的弹力大小为5.6(5.5～5.7均可)N。 【答案】 ① ②不符合 ③5.6(5.5～5.7均可) 2．(2021•高考广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 8.04 10.03