专题10 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 -2024届高考物理一轮复习专题讲义

实验： 探究弹簧弹力与形变量的关系 [人教版必修第一册] 1.阅读第三章第2节P58，【实验】：探究弹簧弹力与形变量的关系，在实验思路中，需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据，如何测量？ 提示：将弹簧竖直悬挂在铁架台上且处于静止状态时测量其原长L0,实验过程中每次逐一增挂钩码，并记录钩码质量m,则弹簧弹力F=mg，同时记录弹簧的长度L，则形变量,记录多组数据。 2.阅读第三章第2节P58，【实验】：探究弹簧弹力与形变量的关系，进行实验中，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在刻度尺的位置，此时刻度尺的示数是否代表弹簧原长？ 提示：不代表，由于弹簧自身重力的影响，造成弹簧自由下垂时会伸长。 3.阅读第三章第2节P58，【实验】：探究弹簧弹力与形变量的关系，数据处理中，为了找出弹簧弹力与形变量的关系，我们以弹簧的弹力F为纵轴、弹簧伸长的长度x为横轴建立直角坐标系。根据实验记录的数据，在坐标纸上描点（图3.1-8乙），作出F-x图像，由图像你得出了什么样的结论？如果用不同的弹簧进行实验，在同一坐标纸上描点绘图，你发现绘制的图像有什么不一样？ 提示：根据绘制的图像，会发现所有点基本处于同一条直线上，说明弹簧的弹力与弹簧的形变量成线性关系；如果用不同的弹簧进行实验，绘制的图像的斜率会不同。 考点一　原型实验 一、实验目的 1.探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系。 2.学会用列表法和图象法处理实验数据。 二、实验原理 1.如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。 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，并根据图线特征拟合，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与弹簧伸长量间的关系。 三、实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、重锤线、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，在靠近弹簧处将刻度尺(分度值为1 mm)固定于铁架台上，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，求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。 4.改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格中。 记录表：弹簧原长l0＝________ cm。 　次数 内容　　 1 2 3 4 5 6 拉力F/N 弹簧总长/cm 弹簧伸长/cm 五、数据处理 1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)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 1.钩码标称值不准确、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。 (2021·南通市调研)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，下列操作规范的是________。 A.实验前，应该先把弹簧水平放置测量其原长 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： 。 (1)BD (2)见解析图 (3)①100 ②超过弹簧的弹性限度 (1)为了消除弹簧自重的影响，实验前应该先把弹簧竖直悬挂且处于静止稳定状态时再测量其原长，故A错误；为了更好的找出弹力与形变量之间的规律，应逐一增挂钩码，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，故B正确，C错误；实验结束后，应拆除实验装置，整理并复原实验器材，故D正确。 (2)如图所示 (3)根据