第二章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系-【直击双1流】2024高考物理一轮复习讲义

实验 2 探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验目的 探究弹簧弹力与形变量的定量关系;学会用 列表法和图像法处理实验数据。 二、实验原理 1. 弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到 的外力有关。 沿着弹簧伸长的方向拉弹簧,当形 变稳定时,弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉 力大小在数值上是相等的。 2. 用悬挂法测量弹簧的弹力所运用的正是 弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 这一原理。 3. 弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量 可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行 计算,这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量 之间的定量关系了。 三、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸等。 四、实验步骤 如图所示,把弹簧上端固 定在铁架台的横杆上,观察弹 簧自由下垂时下端所到达的 刻度位置。 然后,在弹簧下端悬挂不 同质量的钩码,设计实验记录 表格,记录弹簧在不同拉力下 伸长的长度。 弹簧的弹力等于钩码对弹簧的 拉力。 钩码个数 0 1 2 3 … n 刻度 L … 伸长量 x … 弹力 F … 五、数据处理 以弹簧受到的弹力 F 为纵轴、弹簧伸长的长 度 x 为横轴建立直角坐标系。 根据表格中的实 验数据,在坐标纸上描点,作出 F - x 图像。 六、注意事项 1. 不要超过弹簧的弹性限度。 实验中弹簧 下挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超 过弹簧的弹性限度。 2. 要使用轻质、劲度系数适中的弹簧,尽量 多测几组数据。 3. 测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且 处于平衡状态时测量,以免增大误差。 4. 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 向之后才可决定用直线来连接这些点。 5. 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。 例 1 (2023·辽宁省沈阳市第二十中学月 考) 某同学探究弹簧弹力与其形变量的关系。 (1) 将弹簧竖直悬挂在铁架台上,并把刻度 尺固定在弹簧一侧, 且刻度尺应在 (填“水平” 或“竖直”) 方向。 (2) 如图所示为实验得到的弹力F与弹簧长 度 l 的关系图线(不计弹簧重力),则该弹簧的原 长 l0 = cm。 (3) 实验得出弹簧弹力与其形变量成正比, 则该弹簧的劲度系数 k = N / m。 (1) 弹簧竖直悬挂,刻度尺应与弹簧 轴线平行,故刻度尺应在竖直方向。 (2) 由题图可知,弹力为 0 时,弹簧长度为 4 cm,即该弹簧的原长为 l0 = 4 cm。 (3)F - l 图像的斜率即为该弹簧的劲度系 数,由题图可知 k = 2. 0 - 1. 0 0. 08 - 0. 06 N / m = 50 N / m。 (1) 竖直 　 (2)4　 (3)50 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 72第二章 相互作用——力 　　　 创新 角度 实验装置图 创新解读 实验 方法 创新 1. 弹簧水平放 置, 消除弹簧 自身重力对实 验的影响; 2. 改变弹簧的 固定方式, 研 究弹簧弹力大 小与压缩量之 间的关系 实验 器材 创新 1. 用橡皮筋代 替 弹 簧 做 实验; 2. 拉力传感器 显示的拉力 F 与橡皮筋的弹 力 并 不 相 等, 但与橡皮筋弹 力在水平方向 的分力相等 实验 原理 迁移 1. 探究弹簧的 劲度系数与金 属 丝 直 径 的 关系; 2. 分别测出两 根弹簧的劲度 系数; 3. 将计算出的 劲度系数与金 属丝直径进行 对比分析, 得 出结论 　 　 例 2 (2022·河北省秦皇岛市卢龙县第二 高级中学期中) 某实验小组的同学设计实验来 探究弹簧的劲度系数与哪些因素有关,在研究弹 簧劲度系数与弹簧的圈数关系时: (1) 小组选取了材料相同,直径相同,粗细 相同, 长度相同, 圈数不同的两个弹簧进行实 验。 这种实验方法被称为 。 (2) 按照如图甲所示的方案设计实验,1 的 圈数少,2 的圈数多,改变被支撑重物的质量 m, 静止时测出弹簧的形变量 x,得到质量 m 与形变 量 x 的关系图像,如图乙所示,取多组类似弹簧 实验均可得到类似的图像,则可知弹簧单位长度 的圈数越 (选填“多” 或“少”),弹簧 的劲