第2章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系(Word教参)-【状元桥】2026高考物理一轮总复习（湖北专版）

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 1．实验目的 (1)探究弹簧弹力与形变量的关系． (2)学会利用图像法处理实验数据，探究物理规律． 2．实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸． 3．实验原理 弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大． 4．实验步骤 (1)安装实验器材(如图所示)． (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． 5．数据处理 (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)图像法 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． 6．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． 7．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. 命题点一　教材基础实验(自主学习) 1.列表分析法 分析列表中弹簧弹力F与对应弹簧的形变量Δx的关系，可以先考虑F和Δx的乘积，再考虑F和Δx的比值，也可以考虑F和(Δx)2的关系或F和的关系等，结论：为常数． 2．图像分析法 作出F－Δx图像，如图所示．此图像是过坐标原点的一条直线，即F和Δx成正比关系． 作图的规则： (1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图像尽可能占满整个坐标图纸．若弹簧原长较长，则横坐标的起点可以不从零开始． (2)作图线时，尽可能使直线通过较多的点，不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)． (3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图像的斜率、截距的意义． 同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验． 如图甲所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连．调节滑轮，使其与木块间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直．在木块A上放置n(n＝0,1,2,3,4,5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0 g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m. (1)实验中，拉动木板时__不必__(选填“必须”或“不必”)保持匀速． (2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝__mB－μ(mA＋nm0)__. (3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图乙所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝__0.40__(保留两位有效数字)． 一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中． (1)甲同学在做该实验时，通过处理数据得到了如图甲所示的F－x图像，其中F为弹簧弹力，x为弹簧长度．请通过图甲，分析并计算，该弹簧的原长x0＝__8__ cm，弹簧的弹性系数k＝__25__N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧秤，当弹簧秤的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x＝__20__cm. (2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图像如图丙所示．下列表述正确的是__B__. A．a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的大 C．a的劲度系数比b的小 D．测得的弹力与弹簧的长度成正比 某实验小组用如图甲所示装置，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系． (1)实验中要测出弹簧的原长，应按下列__B__项进行操作． A．将弹簧平放在桌面上，保持弹簧轴线是一条直线，测出弹簧的长度即为原长 B．将弹簧竖直悬挂，稳定后用刻度尺测出此时弹簧的长度，即弹簧的原长 (2)在用刻度尺测弹簧长度时，应保持弹簧__竖直__(选填“竖直”或“水平”)． (3)某次实验中实验小组成员根据每次所用钩码的总质量与测得的弹簧长度l，作出了弹簧长度与钩码质量的关系图像，如图乙所示，则由图乙可求得该弹簧的劲度系数为__30_N/m__(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字)，弹簧的原长为__15__cm. 命题点二　创新拓展实验(师生共研) 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 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200 g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 Ln，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 Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 (1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝__6.04__cm，压缩量的平均值＝＝__6.05__cm. (2)上述是管中增加__3__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9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为__48.6__N/m.(结果保留3位有效数字) 如图所示为一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读数为__12.20__. (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__83.3(82.0～83.8都算正确)__N/m(结果保留3位有效数字)． 图略 某同学用图甲所示装置探究弹力和弹簧伸长的关系．弹簧的上端固定在铁架台支架上，弹簧的下端固定一水平纸片(弹簧和纸片重力均忽略不计)，激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h. (1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码，每增挂一个钩码，待弹簧__静止__时，记录所挂钩码的重力和对应的h. (2)根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图线如图乙所示，可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离h0＝__120.0__cm，弹簧的劲度系数k＝__31.3__N/m(结果都保留到小数点后1位)． 学科网（北京）股份有限公司 $$