第二章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系（Word教参）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（多选版 新教材 新高考）

实验❷　探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺等。 二、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．测总长l：在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，静止时记下钩码的重力，记下对应的弹簧的总长度l。其中弹簧的弹力等于钩码对弹簧的拉力。 4．重复：逐个增加钩码的个数，重复上述实验过程。 三、数据处理 1．弹簧伸长量的计算：x＝l－l0。 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)函数法：根据实验数据，找出弹力F与弹簧的伸长量x之间的函数关系。 (3)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。 (1)作图前观察所描点的走向。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以后才决定用直线来连接这些点。 (2)作图连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧，明显偏离图线的点要舍去。 3．实验结论：弹簧弹力F与弹簧的伸长量x成正比。 考点一 教材原型实验(物理观念、科学探究)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 弹簧拉力大小的不稳定 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 弹簧长度测量不准确 固定刻度尺，多测几次取平均值 描点、作图不准确 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。 角度 实验操作与注意事项 【典例1】(2022·天津南开二模)某同学用图甲所示装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验。 (1)请按合理的操作顺序将下列步骤的序号写在横线上 ； A．以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据(l，m)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来； B．记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度为l0； C．将铁架台固定于桌上，将弹簧一端系于横梁上，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……钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度并记录在表格内，然后取下钩码； E．由m-l图像，进一步找出弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。 (2)图乙为根据实验测得数据标出的对应点，作出的钩码质量m与弹簧长度l间的关系图线。由图乙可知，弹簧下端不挂钩码时，指针A处所对刻度尺上的刻度l0＝ cm； (3)此弹簧的劲度系数k＝ N/m。(g取10 m/s2，结果保留3位有效数字) 答案：(1)CBDAE　(2)15　(3)12.5 解析：(1)本实验的操作步骤是：将铁架台固定于桌上，将弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺，记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度为l0，依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个……钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度并记录在表格内，然后取下钩码，以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据(l，m)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来，由m-l图像，进一步找出弹簧弹力与弹簧形变量之间的关系。故步骤顺序为CBDAE。 (2)图像的横截距即为弹簧下端不挂钩码时，指针A处所对刻度尺上的刻度，即l0＝15 cm。 (3)图像的斜率与重力加速度的乘积表示弹簧的劲度系数，即k＝×10 N/m＝12.5 N/m。 角度 数据处理及误差分析 【典例2】(2022·山东聊城模拟)小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系”的实验。 (1)实验装置如图甲所示，下列操作规范的是 。 A．实验前，应该先把弹簧水平放置并测量其原长 B．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 C．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 D．实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材 (2)小明同学在实验后，根据记录的数据进行处理，描绘出弹簧的伸长量Δx与弹力F相关的点如图乙所示，请你根据所学知识用线来拟合这些点。 (3)根据拟合的线，回答以下问题： ①本实验中弹簧的劲度系数k＝ N/m； ②图线中后半部分明显偏离直线，你认为造成这种现象的主要原因是