第2章 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系（word教师用书）-2023高考物理一轮复习【优化指导】高中总复习·第1轮（全国版）

实验2　探究弹力和弹簧伸长的关系 实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉、铅笔． 实验操作 (1)安装：按照原理装置图安装实验仪器． (2)测原长l0：弹簧竖直悬挂，记下不挂钩码时弹簧的长度l0. (3)测弹力F和对应的总长l：在弹簧下端悬挂一个钩码，静止时记下钩码的重力，记下对应的弹簧的总长度l. (4)重复：逐个增加钩码的个数，重复上述实验过程． 数据分析及结论 1．计算弹簧的伸长量x：x＝l－l0，表示弹簧的伸长量． 2．数据处理方法 (1)列表法：将多组弹簧弹力F和弹簧的伸长量x的值填入表中，一一算出弹力F与对应伸长量x的比值，可发现在实验误差允许的范围内，的值不变． (2)图像法：以弹簧弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据实验数据描点并作出一条经过原点的直线． (3)函数法：根据实验数据，找出弹力F与弹簧的伸长量x的函数关系． 3．实验结论：弹簧弹力F与弹簧的伸长量x成正比． 命题点一　教材原型实验　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　物理观念、科学探究 实验操作与注意事项 1．误差分析 (1)系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差． (2)偶然误差： 产生原因 减小方法 弹簧拉力大 小不稳定 弹簧一端固定，另一端通过悬挂钩码的重力来充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数 弹簧长度测量不准 固定刻度尺，多测几次取平均值 描点、作图不准 坐标轴的标度尽量大一些，描线时让尽可能多的点落在线上或均匀分布于线的两侧 2.注意事项 (1)竖直和靠近：安装实验装置时，要保持刻度尺竖直并靠近弹簧． (2)适量：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度． (3)平滑连线：观察所描点的走向，不要画成折线. (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． 在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中，已有的实验器材是：铁架台、一只长度较长的弹簧和多个已知质量的相同钩码． (1)为完成实验，还需要的实验器材是：刻度尺． (2)为完成该实验，某同学用如图甲所示的装置，设计的操作步骤如下： A．先把弹簧平放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0； B．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺； C．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来； D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，分别记下钩码静止时弹簧的长度L1、L2、L3、…，然后取下钩码，由x＝Ln－L0计算出弹簧的伸长量x，并记录在表格内； E．解释函数表达式中常数的物理意义； F．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数； G．整理仪器． 设计的以上操作有几个步骤顺序不合理，合理的顺序是：A、B、D、C、F、E、G. (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为200 N/m.图线不过原点是由于弹簧自身受重力，不加外力时就有形变量． 解析：(1)根据实验原理可知还需要用刻度尺来测量弹簧原长和形变量． (2)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为A、B、D、C、F、E、G. (3)取图像中的(0.5，0)和(3.5，6)两个点，代入ΔF＝kΔx，可得k＝200 N/m.弹簧自身的重力使得弹簧在不加外力时就有形变量． 数据处理及误差分析 在探究“弹力和弹簧伸长量的关系”时，小张同学用如图甲所示的实验装置进行实验．将该弹簧竖直悬挂，在自由端挂上钩码，通过改变钩码的个数，记录钩码的质量m和弹簧上指针在刻度尺上的读数x. (1)小张同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出x­m图像如图乙所示，由图像可求得该弹簧的劲度系数k＝73.5(73.0～74.0均可)N/m(当地的重力加速度g取9.8 m/s2，结果保留3位有效数字). (2)在本次实验中，考虑到弹簧自身有重量，测得弹簧劲度系数k的值与真实值相比较没有影响(选填“偏大”“偏小”或“没有影响”). (3)图丙是小张同学在另一次实验中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钩码重量超过了弹簧的弹性限度． 解析：(1)由胡克定律mg＝k(x－x0)，可知x＝m＋x0. 图乙所示的x ­m图像的斜率等于，由x ­m图像可得k＝73.5 N/m. (2)弹簧自身重力不影响x ­m图像的斜率，对弹簧劲度系数的测量没有影响． (3)由题图丙知AB段伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重量超过了弹簧的弹性限度． 命题点二　实验的拓展与创新