2024届高考物理二轮复习实验报告单：三、弹力与弹簧伸长量的关系

三、弹力与弹簧伸长量的关系——2024届高考物理二轮复习力学实验专项强化 【实验目标】 1.探究弹簧弹力与形变量的关系。 2．学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 【实验原理】 1．弹簧弹力的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹簧弹力的大小与钩码的重力大小相等，即F=mg。 2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码之后弹簧的总长度l可用刻度尺直接测出，弹簧的伸长量。 3.基本原理与操作 原理装置图 操作要领 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 （1）安装：按照原理装置图安装实验仪器。 （2）操作：弹簧竖直悬挂，待钩码静止时测出弹簧长度。 （3）作图：坐标轴标度要适中，单位要标注，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 【实验器材】 轻弹簧、钩码（一盒）、刻度尺、铁架台、坐标纸 一、实验过程 1.仪器安装：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梁上，在靠近弹簧处将刻度尺（最小分度为1 mm）固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直。 2.测量与记录： （1）记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0，即弹簧的原长。 （2）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）。 （3）改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在下列表格中。 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l/cm 弹簧伸长量x/cm 3.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。 二、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来充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数 弹簧长度测量不准 固定刻度尺，多测几次 描点、作图不准 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 三、注意事项 1.安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。 2.不要超过弹性限度：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.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。 4.观察所描点的走向：不要画折线。 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。 四、实验改进 　本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响。 1.一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杆，在水平方向做实验。 2.另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度。 3.利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力（拉力或推力）时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像（如图甲、乙所示），分析图像得出结论。 五、拓展创新实验 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，仅为橡皮筋弹力在水平方向的分力 实验器材、 数据处理的创新 （1）实验器材的创新：通过压力传感器记录力的变化，用压力传感器测物体B所受支持力的大小，但与弹簧弹力大小并不相等，二者差值为m0g。 （2）实验原理的创新：通过特殊的实验装置改变弹簧的弹力。 （3）物体C下移的距离x为弹簧压缩量的变化量，即F＝m0g＋k（x0－x）＝m0g＋kx0－kx，故F­x图象斜率的大小为弹簧的劲度系数 实验方案 的创新 （1）实验方案的创新：让钩码浸入水中，通过细胶管向烧杯中缓慢注水，依次浸没钩码，记录指针所指的刻度。 （2）实验数据处理方法的创新：xn和浸没钩码个数n的关系图象，求图象斜率和纵截距，确定弹簧的劲度系数和每个钩码所受浮力 学科网（北京）股份有限公司 $$