专题实验2　探究弹簧形变与弹力的关系-备战2023年高考物理实验专题突破

备战2023年高考物理实验专题突破 实验02　弹簧弹力与形变量的关系 思维突破 基本突破 1．实验原理 (1)如图所示，弹簧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，建立直角坐标系，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形变量间的关系． 2．实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线． 3．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，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量x1，将这些数据填入自己设计的表格中． (3)改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5. 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F 0 l0 1 l1 x1＝l1－l0 m1 F1 2 l2 x2＝l2－l0 m2 F2 3 l3 x3＝l3－l0 m3 F3 … … … … … 4.数据处理 (1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．用平滑的曲线连接各点，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，写出图线所代表的函数表达式．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数． (3)得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． 5．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：本实验是探究型实验，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． 原型突破 重点讲析 处理实验数据的方法 1．列表分析法：分析列表中弹簧拉力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． (2)作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(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． 【典例1】（2022·福建泉州模拟）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如下图所示，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，数据如下表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算每个小球对应的弹簧压缩量，进而计算弹簧劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 21.09 18.11 15.07 12.05 9.03 6.01 （1）利用计算弹簧的压缩量：，，_______，滑进每个钢球对应压缩量的平均值为_______；（结果保留2位小数） （2）若不计摩擦，重力加速度g取，该弹簧的劲度系数为_______。（结果保留2位小数） 【答案】     9.06     9.06     32.45 【解析】 （1）[1]由题意可得 [2]压缩量的平均值为 （2）[3]该弹簧的劲度系数为 创新突破 重点讲析 　创新角度：实验装置的改进 1．将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做实验．消除了弹簧自重的影响． 2．利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像(如图所示)，分析图像得出结论． 【典例2】（2022·重庆