精品解析：2.6 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系（讲）-2024届高考物理一轮复习

第二章 相互作用 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 1．实验原理 （1）如图所示，弹簧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，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与形变量间的关系。 2．实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线。 3．实验步骤 （1）将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。 （2）如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量x1，将这些数据填入自己设计的表格中。 （3）改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5。 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F 0 l0 1 l1 x1=l1－l0 m1 F1 2 l2 x2=l2－l0 m2 F2 3 l3 x3=l3－l0 m3 F3 … … … … … 4.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，用平滑的曲线连接各点，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，首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。 （3）得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。 5．注意事项 （1）不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度． （2）尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。 （3）观察所描点的走向：本实验是探究型实验，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。 （4）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。 考点一 原型实验 典例精析 变式巩固 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弹簧伸长量的关系． （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F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为____________ N/m．图线不过原点的原因是由于_______________． （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的刻度尺上的刻度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：________． [变式] 2. 某同学欲做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，有铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码。 （1）实验中还需要的测量工具是___________； （2）用纵轴表示钩码质量m，横轴表示弹簧的形变量x，根据实验数据绘制出图线如图所示，由图可知弹簧的劲度系数k=___________N/m（重力加速度g取9.8m/s2）； （3）若某同学先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把L-L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中的___________。 考点二　探索创新实验 典例精析 变式巩固 [2022·湖南·统考高考真题] 3. 小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下： （1）查找资料，得知每枚硬币的质量为； （2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度，记录数据如下表： 序号 1 2 3 4 5 硬币数量/枚 5 10 15 2