实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律-【优学精研】2027年高考物理一轮总复习教用Word(提升版)
实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律
一、探究弹簧弹力与形变量的关系
原理装置图 | 平衡时,弹簧产生的弹力与外力大小 相等 (填“相等”或“不相等”) |
操作要领 | (1)安装仪器、测量原长:将弹簧的一端挂在铁架台上,让其 自由下垂 ,用刻度尺测出弹簧的长度l0,即原长; (2)第一组数据测量:在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,得出 弹簧的伸长量 x1,将这些数据填入设计的表格中; (3)测量多组数据:改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5 |
数据处理 | (1)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,弹力与弹簧伸长量的比值不变; (2)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x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的倾斜直线 |
注意事项 | (1)操作:弹簧竖直悬挂,待钩码静止时测出弹簧长度; (2)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; | 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 |
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| (3)适量:弹簧下端所挂钩码不要太多以免伸长量超出弹性限度; (4)多测:要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据; (5)统一:弹力及伸长量对应关系及单位应统一 |
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二、探究两个互成角度的力的合成规律
原理装置图 | 互成角度的两个力与一个力产生 相同 的效果(填“相同”或“不相同”) |
操作要领 | (1)安装:用图钉把一张白纸及一端系有细绳套的橡皮条钉在水平桌面上的木板上; (2)等效:同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持 不变 ; (3)记录:记下每次各力的 大小 和 方向 ,标记方向的两点尽量远些; (4)重复实验:改变两分力F1和F2的大小和方向,重复做几次实验 |
数据处理 | (1)用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细线方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力F'的图示; (2)用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出拉力F的图示 |
注意 | (1)对拉调校:两个测力计的示数相同方可使用; | 误差分析 | (1)读数误差和作图误差; |
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事项 | (2)位置不变:在同一次实验中,橡皮条拉长的结点位置一定要相同; (3)角度合适:两分力F1和F2的夹角以60°~120°之间为宜; (4)力度适中:不超出测力计量程的情况下,橡皮条形变量尽量大些; (5)统一标度:画力的图示选定的标度要相同,力的图示稍大一些 |
| (2)弹簧测力计本身的误差 |
一、教材原型实验
(2025·湖北武汉二模)某同学用图a所示的装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。
(1)在图b中,刻度尺保持竖直,为了便于直接读出弹簧的长度,刻度尺的零刻度应与弹簧的 上端 (选填“上端”或“下端”)对齐,不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图b所示,则此时弹簧的长度L0= 14.91(14.91~14.93均可) cm;
(2)改变所挂钩码的个数,进行多次实验,记录每次所挂钩码的质量m及弹簧的长度L,根据F=mg求得弹力(重力加速度g取10 m/s2),根据x=L-L0求弹簧的伸长量,得到多组F、x的值作F-x图像,如图c所示。由图像求出弹簧的劲度系数为k= 187.5 N/m;
(3)本实验中弹簧自重对弹簧劲度系数的测量结果 无 (选填“有”或“无”)影响;
(4)若实验中刻度尺没有完全竖直,而读数时视线保持水平,则由实验数据得到的弹簧劲度系数将 偏小 (选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。
解析:(1)为了方便读出弹簧的长度,零刻度应与弹簧的上端对齐;由图乙可知该刻度尺的最小分度值为1 mm,估读到分度值的下一位,则弹簧的长度L0=14.91 cm。
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