第二章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系 -(课件 练习）2023高考物理一轮复习【高考前沿】

第二章 相互作用——力 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 3 观 谢 看 谢 一、实验目的 1．探究弹力与形变量的关系． 2．会利用图像法处理实验数据，探究物理规律． 二、实验原理 1．如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时，弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的重力大小相等． 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，以纵坐标表示弹力的大小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，可探知弹力的大小与弹簧伸长量间的关系． 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、实验步骤 1．根据实验原理图，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，在靠近弹簧处将毫米刻度尺固定于铁架台上，零刻度与弹簧上端对齐，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，求出弹簧伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码受到的重力)． 4．改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多地测几组数据，将所测数据填写在表格中． 次数 1 2 3 4 5 6 拉力F/N 弹簧总长/cm 弹簧伸长量/cm 五、数据处理 1．以弹力F(大小等于所挂钩码受到的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图，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，并解释函数表达式中常数的物理意义． 六、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 (1)弹簧长度的测量不准确造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据． (2)作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量落在同一条直线上． 七、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度，要注意观察． 2．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使所描点的间距尽可能大，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线上，但应使不在线上的点均匀分布在线的两侧． 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． eq \a\vs4\al([教材原型实验]) [例1]　如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系． (1)为完成实验，还需要的实验器材有：_______________________________． (2)实验中需要测量的物理量有： _____________________________________． (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图像，由此可求出弹簧的劲度系数为________ N/m．图像不过原点的原因是________________________________． (4)为完成该实验，设计的实验步骤如下： A．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； B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0； C．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； D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码； E．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； F．解释函数表达式中常数的物理意义； G．整理仪器． 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：____________________． [解析]　(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量． (2)根据实验原理知，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)． (3)取图像中(0．5，0)和(3．5，6)两个点，代入F＝kx，可得k＝200 N/m，由于弹簧自身存在重力，使得弹簧不加外力时就有形变量． (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG． [答案]　(1)刻度尺　(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)　(3)200　弹簧自身存