第七天 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系-【寒假自学课】2024年高一物理寒假提升学与练（人教版2019）

第七天 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 1、探究弹簧弹力与形变量的关系的原理、器材与实验步骤； 2、探究弹簧弹力与形变量的关系的数据处理与误差分析。 常考考点 真题举例 探究弹力和弹簧伸长量的关系的数据处理与误差分析 2021·广东·高考真题 探究弹力和弹簧伸长量的关系的原理、器材与实验步骤 2015·四川·高考真题 探究弹力和弹簧伸长量的关系的原理、器材与实验步骤 2022·湖南·高考真题 探究弹力和弹簧伸长量的关系的原理、器材与实验步骤 2019·海南·高考真题 探究弹力和弹簧伸长量的关系的数据处理与误差分析 2014·全国·高考真题 知识点1：探究弹簧弹力与形变量的关系 【实验目的】 探究弹簧弹力与形变量的定量关系。 掌握弹簧测力计弹力的测量原理。 能够根据函数图像F-x的曲线求出弹簧的劲度系数。 学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 【实验原理】 弹簧弹力的确定方法：弹簧的下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力大小等于所挂钩的重力大小； 弹簧伸长量的确定方法：在未挂重物时，用刻度尺测量弹簧原长l0，挂上钩码平衡后，再用刻度尺测量弹簧长度l，则弹簧伸长量Δx=l-l0； 根据实验数据制作表格和图像并探究弹簧弹力与伸长量之间的定量关系。 【实验仪器】 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。 【实验装置图】 【实验步骤】 ①将铁架台放在实验桌上，根据实验装置图安装实验装置，待弹簧自由下垂并静止时测量原长l0； ②在弹簧下端悬挂1个钩码，当钩码静止时测出弹簧的总长度l，计算弹簧的伸长量，并记下钩码的重力； ③增加钩码的数量（2个钩码、3个钩码……）重复步骤②，将测量的数据记录在下面的表格中。 钩码的个数 钩码所受的重力G/N 弹簧的弹力F/N 弹簧总长l/m 弹簧伸长量Δx/m 1 2 3 4 5 6 【实验数据的处理】 根据表格数据，以弹力F为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标建立平面直角坐标系，用描点法作图，做出弹簧弹力与伸长量之间的关系图像，如下图所示： 根据图像得出弹力与弹簧伸长量的函数关系式，表达式中的斜率即为弹簧的劲度系数，即k＝。 【实验结论】 在弹簧的弹簧限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比； 弹簧弹力与弹簧伸长量的关系函数表达式是F=kx。 【实验误差】 弹簧长度测量不准确可能引起的实验误差。 画图时描点、连线不准确引起的实验误差。 弹簧自身重力的影响产生的实验误差。 钩码的标值不准确引起的实验误差。 1．（2021·广东·高考真题）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 （1）利用计算弹簧的压缩量：，， cm，压缩量的平均值 cm； （2）上述是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量； （3）忽略摩擦，重力加速度g取，该弹簧的劲度系数为 N/m。（结果保留3位有效数字） 2．（2015·四川·高考真题）(1)某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图1所示，图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺（最小分度是1毫米）上位置的放大图，示数l1= cm。在弹簧下端分别挂2个、3个、4个、5个相同钩码，静止时弹簧长度分别是l2、l3、l4、l5.已知每个钩码质量是50g，挂2个钩码时，弹簧弹力F2= N（当地重力加速度g=9.8m/s2）。要得到弹簧伸长量x，还需要测量的是 。作出F-x曲线，得到弹力与弹簧伸长量的关系。 3．（2022·湖南·统考高考真题）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