第2章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系（word教师用书）-【状元桥】2023高考物理一轮总复习(老教材 新高考)

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 1．实验目的 (1)探究弹簧弹力与形变量的关系． (2)学会利用图像法处理实验数据，探究物理规律． 2．实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸． 3．实验原理 弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大． 4．实验步骤 (1)安装实验器材(如图所示)． (2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据． (3)根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标． (4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同． (5)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，如果不行再考虑二次函数． 5．数据处理 (1)列表法 将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的． (2)图像法 以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线． (3)函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系． 6．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． 7．注意事项 (1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度． (2)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． (3)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以后才决定用直线来连接这些点． (4)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. 命题点一　教材基础实验(自主学习) 1.列表分析法：分析列表中弹簧弹力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． 作图的规则： (1)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，使所作出的图像尽可能占满整个坐标图纸．若弹簧原长较长，则横坐标的起点可以不从零开始． (2)作图线时，尽可能使直线通过较多的点，不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)． (3)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． 【例题1】 (2021·北京昌平一中月考)某实验小组同学，用铁架台、弹簧和多个质量均为m＝50 g的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系，如图甲所示． (1)该组同学在做该实验时，依次在弹簧下端挂上钩码，并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度，记录数据如下： 钩码个数 1 2 3 4 5 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 指针对应刻度L/cm 12.51 15.39 16.11 17.30 当挂2个钩码时，指针对应刻度如图甲所示，将指针示数填入表格；在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度L为横轴的坐标系中，如图乙所示，描点画出第2组对应的数据点，并连线得到F－L 图像．请根据图像分析并得出以下结论 ①弹簧原长为______cm； ②弹簧的劲度系数k＝______(保留两位有效数字)． (2)弹簧与绳有一点相似之处，都可以认为是一个传递力的媒介．某位同学根据这个观点推广认为：将两个同样的弹簧串接在一起后，弹簧的劲度系数k与原来一样．你认为他的想法正确吗？________.并解释一下你的理由： ________________________________________________________________ ________________________________________________________________. 解析 (1)刻度尺的读数为13.70 cm，描点并作图如图所示． ①弹力为0时，弹簧原长为11.40 cm. ②根据胡克定律F＝kx可知，图像斜率的物理意义为弹簧的劲度系数 k＝ N/cm≈0.42 N/cm. (2)不正确．两个劲度系数相同的弹簧串联后，施加外力后，与单独一个弹簧相比弹簧的等效伸长量变为原来的2倍，所以劲度系数发生改变． 答案 (1)13.70　见解析图　①11.40　②0.42 N/cm　(2)不正确　两个劲度系数相同的弹簧串联后，施