专题02 探究弹力与弹簧伸长的关系 顶峰相见 2024年高考物理实验培优突破攻略

专题02 探究弹力与弹簧伸长量的关系 1.学会用列表法、图象法等方法处理实验数据。 2.探究弹力和弹簧伸长的关系。 【实验原理】 弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大。 【实验器材】 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。 【实验步骤】 (1)安装实验仪器(如实验原理图所示)； (2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表作出记录，要尽可能多 测几组数据； (3)根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标； (4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定 正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同； (5)以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑 二次函数。 1. 实验数据处理方法 (1)列表法： 将测得的F、x 填入设计好的表格中，可以发现弹力F 与弹簧伸长量x 的比值在误差允许范围内是相等的。 (2)图象法： 以弹簧伸长量x 为横坐标，弹力F 为纵坐标，描出 F、x 各组数据相应的点，作出的拟合曲 线，是一条过坐标原点的直线。 (3)函数法： 弹力F 与弹簧伸长量 x 满 足F=kx 的关系。 2. 注意事项 (1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，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。 (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。 3. 误差分析 (1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。 (2)画图时描点及连线不准确也会带来误差。 考向一 实验原理与实验操作 【例题1】小艺同学用如图甲所示的装置完成“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。 （1）关于本实验操作，下列说法正确的是 。 A．悬吊钩码时，需要等钩码静止时再读数 B．在安装刻度尺时，必须让刻度尺零刻度线与弹簧上端对齐 C．在弹簧下端挂钩码时，不能超过弹簧的弹性限度 （2）小艺同学以弹簧长度为横轴，钩码的质量为纵轴，根据实验数据进行描点，所描的点如图乙所示，请在图中进行拟合 。 （3）根据该图像得出弹簧的原长为 cm，弹簧的劲度系数 （计算结果保留两位有效数字）。（g取 考向二 数据处理与误差分析 【例题2】Ⅰ．某小组做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验． （1）如图甲为实验操作过程中记录的画面，请指出该小组操作过程存在的两处错误： ① ② ； （2）在该实验中，下列操作或思考可行的是 ； A．同一次实验，不允许结点的位置变动 B．确定力的方向时，可以用铅笔沿着细绳画线 C．若只有一个弹簧秤也能完成探究 D．可以用细绳代替橡皮筋 Ⅱ．如图乙所示，在铁架台的水平横杆上等间距的悬挂五根完全相同的弹簧，依次在弹簧下端悬挂1、2、3、4、5个钩码，发现弹簧末端近似在一条倾斜直线上．以下结论正确的是 ． A．弹簧弹力与弹簧长度成正比 B．倾斜直线越陡表示该弹簧抗拒形变的“本领”越小 C．换一组更“硬”的弹簧，直线的倾斜程度更平缓 D．按照上述规律不断增加弹簧和钩码，各弹簧末端一定都在此倾斜直线附近 考向三 实验拓展与创新 【例题3】某实验小组在利用探究橡皮筋验证胡克定律时，考虑到橡皮筋被拉伸的过程中，其横截面积也有所变化，因此设计了实验，进一步探究橡皮筋的伸长量与外力的关系。 （1）如图所示，橡皮筋A端固定，O点为橡皮筋的中点，B点可以在经过A点的水平直线上移动。 （2）如图所示，只要在坐标纸上定下不同的B点和O点的位置，即可提供一组研究数据。用细线分别在橡皮筋两端和中点处扎一个线结，用图钉把橡皮筋左端的线结固定在竖直板的A点，竖直向下轻拉橡皮筋另一端，使橡皮筋处于松弛的竖直状态，用铅笔在背景坐标纸上标出橡皮筋中点O的位置。将钩码悬挂在橡皮筋的中点处，依次将橡皮筋的一端B在通过A点的水平线上移动一段距离，每一次都在坐标纸上标出B和O的位置。当橡皮筋伸长到足够长以后，再使B端逆着原定的顺序返回，并定下相应O点的位置。然后，根据平行四边形法则进行数据处理。 （3）最终获取的实验数据如图所示，可见，当拉力比较小的时候，图像( )，而拉力较大时候( )： A．接近线性，遵循胡克定律 B．表现为非线性，因为形变量超出了橡皮筋的弹性限度 C． 表现为非线性，是因为横