第二章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系-【勤径学升】2026年高考物理一轮总复习配套课件（人教版2019）

物 理 第二章　相互作用 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 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 原理装置图 操作要领 数据处理 图像法 根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量Δx为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的倾斜直线 列表法 将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹簧弹力与伸长量的比值不变 函数法 根据实验数据，找出弹簧弹力与伸长量的函数关系 1．某同学利用弹簧测力计、小车、砝码、钩码、木块和带有定滑轮的长木板等器材，探究滑动摩擦力Ff与正压力FN之间的关系， 实验装置如图所示。该同学主要的实验步骤如下： a．将一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，在细绳一端悬挂适量的钩码，使其能够带动小车向右运动； b．多次改变木块上砝码的个数，并记录多组数据； c．进行数据处理，得出实验结论。 请回答下列问题： (1)实验中应测量木块和木块上砝码所受的总重力，并记录__________。 (2)利用图像法处理实验数据，以滑动摩擦力Ff为横轴，正压力FN为纵轴，建立直角坐标系。若通过描点，得到一条倾斜的直线，该直线的斜率所表示的物理意义(可用文字描述)为_______________________________________________ ________________________________________________________________。 (3)通过实验可得出的结论是________________________________________ ________________________________________________________________。 解析　(1)实验中应测量木块和木块上砝码所受的总重力，大小等于小车受到的正压力FN；并记录弹簧测力计的示数，该示数等于小车所受的滑动摩擦力Ff。 (2)由Ff＝μFN可知，所得FN-Ff图线的斜率所表示的物理意义为动摩擦因数的倒数。 (3)通过实验可得出的结论是：在误差允许的范围内，滑动摩擦力Ff与正压力FN成正比。 答案　(1)弹簧测力计的示数　(2)动摩擦因数的倒数　(3)在误差允许的范围内，滑动摩擦力Ff与正压力FN成正比 2．某同学用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度L的关系，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。然后，在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置。实验中弹簧始终处于弹性限度内，通过分析数据得出实验结论。 (1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小代替弹簧弹力的大小，这样做的依据是_________________________________________________________________ _________________________________________________________________。 (2)以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系，依据实验数据作出的F-L图像，如图乙所示。由图像可知：弹簧自由下垂时的长度L0＝________cm，弹簧的劲度系数k＝________N/m。 (3)实验中未考虑弹簧自身受到的重力，这对弹簧劲度系数的测量结果________(选填“有”或“无”)影响，请说明理由：________________________ _____________________________________________________________________。 解析　(1)实验时认为可以用钩码所受重力的大小代替弹簧弹力的大小，这样做的依据是根据平衡条件，钩码静止时，其所受重力大小等于弹力大小。 (2)由图可知，当弹簧未挂重物时，弹簧自由下垂的长度L0＝10.0 cm＝0.10 m，弹簧的劲度系数为k＝ eq \f(ΔF,ΔL) ＝ eq \f(2.0－0,0.15－0.10) N/m＝40 N/m。 (3)因为k＝ eq \f(ΔF,ΔL) ，与弹簧自重无关，故无影响。 答案　(1)根据平衡条件，钩码静止时，其所受重力大小等于弹力大小　(2)10.0　40　(3)无　因为k＝ eq \f(ΔF,ΔL) ，与弹簧自重无关 考点 eq \a\vs4\al(2) 创新拓展实验 本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。 装置时代化 求解智能化 1.弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响。弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响 2．图像的获得：由坐标纸作图得F-x图像，由传感器和计算机输入数据直接得F-x图像 装置时代化 求解智能化 角度1　实验装置的创新 [例2]　某同学利用图甲所示装置来研究弹簧弹力与形变量的关系，设计的实验如下：A、B是质量均为m0的小物块，A、B间由轻弹簧相连，物块A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一个轻质挂钩相连，挂钩上可以挂上不同质量的物块C。物块B下放置一压力传感器。物块C右边有一个竖直的直尺，可以测出挂钩下移的距离。整个实验中弹簧均处于弹性限度内，重力加速度g＝9.8 m/s2。实验操作如下： (1)不悬挂物块C，让系统保持静止，确定挂钩的位置O，并读出压力传感器的示数F0。 (2)每次挂上不同质量的物块C，用手托住，缓慢释放。测出系统稳定时挂钩相对O点下移的距离xi。 (3)以压力传感器示数为纵坐标，挂钩下移距离为横坐标，根据每次测量的数据，描点作出F-x图像如图乙所示。 ①由图像可知，在实验误差范围内，可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成________(选填“正比”“反比”或“不确定关系”)。 ②应用图像可以求得：弹簧劲度系数k＝______ N/m。 解析　①对B分析，根据平衡条件有F弹＋m0g＝F，F弹＝k(x0－x)，x0为弹簧初始的压缩量，可得F＝m0g＋kx0－kx，可知F与x呈线性关系，可知弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比；②由题意可知，F-x 图像斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数，则k＝ eq \f(19.6,0.2) N/m＝98 N/m。 答案　①正比　②98 角度2　实验器材的创新 [例3]　如图为某同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直刻度尺。静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00 N；竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录指针示数和对应的传感器示数如表中所示。 传感器示数FN/N 6.00 4.00 3.00 1.00 0 指针示数x/cm 14.60 15.81 18.19 19.40 (1)补充完整表格中直尺的示数。 (2)在以传感器示数FN为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出FN-x图像，并根据图像求得弹簧的劲度系数为________N/m(结果保留3位有效数字)。 解析　(1)刻度尺的最小刻度为1 mm，根据刻度尺的读数规则可知，估读到最小刻度的下一位，故读数为12.20 cm。 (2)根据表格数据作出图像，如图所示， 由题意可知FN＋F＝mg，则FN＝mg－kΔx， 即FN＝mg－k(x－x0)， 得图像的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，由图像可知k＝ eq \f(ΔFN,Δx) ＝ eq \f(6,0.194 0－0.122 0) N/m≈83.3 N/m。 答案　(1)12.20　(2)见解析图　83.3(83.1～83.5都算正确) $$