第二章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系-2023高考物理一轮复习【导与练】高中总复习第1轮教师用书word （新教材，鲁科版，福建专用）

实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 (对应学生用书第37页) 一、实验目的 1.探究弹簧弹力的大小与形变量的关系。 2.了解弹簧测力计的工作原理。 二、实验原理 将已知质量的钩码悬挂于弹簧上,由二力平衡可知,弹簧对钩码的弹力大小等于钩码所受重力的大小。通过改变悬挂的钩码个数来改变弹簧弹力的大小,测出弹簧未挂钩码时的长度(弹簧原长)及挂钩码后的长度,可得出挂不同数量钩码情况下弹簧的伸长量。由此可进一步得出弹簧弹力的大小与弹簧伸长量的关系。 三、实验器材 铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺。 四、实验步骤 1.安装: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杆上,在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上,并检查刻度尺是否竖直。 2.记原长: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.测F、x:在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l,求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码受到的重力)。 4.重复:改变所挂钩码的数量,重复上述实验步骤3,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在表格中。 五、数据处理 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,用描点法作出弹力F随弹簧伸长量x变化的图像。 六、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,以减小误差。 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。 七、误差分析 1.钩码标称值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。 2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出了其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图线发生弯曲。 3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧自身受到重力,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。 (对应学生用书第38～40页) 考点一　基础性实验 [例1] (2021·北京密云区测试)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/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=　　　　 (结果保留2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由图知,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,则 k= N/cm≈0.42 N/cm。 (2)不正确;两个劲度系数相同的弹簧串接后,施加外力时,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　图见解析 ①11.40　②0.42 N/cm (2)不正确;两个劲度系数相同的弹簧串接后,施加外力时,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 (1)列表分析法:将实验数据填入表格,分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量x的关系,得出误差范围内为常数的结论。 (2)图像分析法:作出F-x图像,如图所示。此图像是过坐标原点的一条直线,即F和x成正比关系。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)。 1.[实验原理与实验操作] 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弹簧伸长量的 关系。 (1)为完成实验,还需要的实验器材有　　　　。  (2)