6 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系.docx

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1、实验二探究弹簧弹力与形变量的关系实验n基础储备一、实睑目的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。二、实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。三、实验原理1 .如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时，弹簧会伸长，平衡时，弹簧产生的弹 力与所挂钩码的重力大小相等。2 .弹簧的长度可用刻度尺直接测出，弹簧的伸长量可以由拉长后的长度减去 弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量 关系了。四、数据处理1 .列表法将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力厂与弹簧伸长量x的比 值在误差允许范围内是相等的。2 .图像法以弹簧伸

2、长量x为横坐标，弹力厂为纵坐标，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。五、误差分析1 .弹簧所受拉力大小的不稳定易造成误差，使弹簧的一端固定，通过在另一端悬挂钩码来产生对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。2 .弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。3 .描点、作图不准确也会造成误差。六、注意事项1 .所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。2 .每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。3 .测量弹簧的原长时要让它自然下垂，

3、测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以减小误差。4.描点画线时，所描的点不一定都落在同一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。典例基础考点题型一 原型实验学生用书P31ETT1 (2022广东选择者模拟)某实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关 系”的实验中，操作过程如下：(1)将弹簧水平放置并处于自然状态，将标尺的零刻度线与弹簧一端对齐，弹 簧的另一端所指的标尺刻度如图甲所示，则该读数为 cm。(2)接着，将弹簧竖直悬挂，由于 的影响，不挂钩码时，弹簧也有一定的伸长，其下端所指的标尺刻度如图乙所示；图丙是在弹簧下端悬挂钩码

4、后所 指的标尺刻度，则弹簧因悬挂钩码引起的伸长量为 cm0(3)逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后弹簧下端所指的标尺刻度和对应的 钩码总重力。该实验小组的同学在处理数据时，将钩码总重力户作为横坐标，弹 簧伸长量/作为纵坐标，作出了如图丁所示的。、匕两条/一尸图像，其中直线 中的是用挂钩码后的长度减去(选填“图甲”或“图乙”)所示长度得到的。解析(1)该读数为7.0 cm;(2)由于弹簧自身重力的影响，不挂钩码时，弹簧也有一定的伸长，其下端所 指的标尺刻度为7.4 cm;在弹簧下端悬挂钩码后所指的标尺刻度为14.3 cm,则弹 簧因悬挂钩码引起的伸长量为14.3 cm7.4 cm=6.9 cm;

5、(3)由题图丁直线。的位置可知，当外力歹=0时，弹簧有伸长量，则可知直 线中的是用挂钩码后的长度减去图甲所示长度得到的。答案(1)7.0 (2)弹簧自身重力6.9 (3)图甲【跟踪训练1】(2022天津等级考模拟)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关 系。(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都 应在(选填“水平”或“竖直”)方向。(2)弹簧自然悬挂，待弹簧 时，长度记为Lo,弹簧下端挂上祛码盘时,长度记为；在祛码盘中每次增加10 g祛码，弹簧长度依次记为心至，数据 如下表：代表符号L()LxLiL2数值(cm)25.3527.3529.3531.30代表符号L3LaL

6、sU数值(cm)33.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为 O由表可知所用刻度尺的最小分度为。)的差值。(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是祛码的质量，横轴是弹簧长度 与(选填“)”或“Lr7060 50 40 30 20 1062468 10 12 14x/(xi0-2 m) (4)由图可知弹簧的劲度系数为 N/m(g取10 m/s2)o解析：(1)弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向，这样可以消除弹簧因自重伸长 而产生的长度测量误差。(2)弹簧自然悬挂，待弹簧静止时记录长度为Lo,避免产生误差；数值记录不 规范的代表符号为乙3,有效数字位数不对，应估读到毫

7、米的下一位；表中数据估 读到0.1 mm,故所用刻度尺的最小分度为1 mm。(3)图线过原点，横轴应是由于悬挂硅码而产生的伸长量，应把悬挂破码盘而 产生的伸长量扣除掉，故横轴是弹簧长度与心的差值。(4)弹簧的劲度系数为图线的斜率，即攵=答=瓷=5 N/mo答案：竖直(2)静止h 1 mm (3)及(4)5题型二创新实验学生用书P322：真题例证I刻度尺区”有机玻璃管(2021高考广东卷，T11)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3()0 ,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

8、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和弹簧上端对应的刻度尺示数金，数据 如表中所示。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。n123456L/j/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用L = +3 L(i=l, 2, 3)计算弹簧的压缩量：A Li =6.03 cm, A L2 = 6.08 cm, A 3 = cm,压缩量的平均值芋 =cm；(2)上述AL是管中增加 个钢球时产生的弹簧平均压缩量；忽略摩擦，重力加速度g取9.8() m/s2,该弹

9、簧的劲度系数为 N/m(结果保留3位有效数字)。解析(1)4L3 = 6乙3= 18.09 cm12.05 cm=6.04 cm,压缩量的平均值4 L + L+ 乙3L=6.05 cm。(2)根据(1)问可知，XL为增加3个钢球时产生的平均压缩量。(3)根据胡克定律的推论可知，3mgsin 6=kL,代入数值解得NM8.6 N/m。答案(1)6.04 6.05 (2)3 48.6舒爵图即近几年，高考侧重考查原型实验实验原理、实验器材和方法等方面的拓展和 创新。平时学习中要注意对原型实验进行迂移和变化，对实验原理和方法进行科 学改进和创新。【跟踪训练2 (2022天津南开区二模)(1)某次研究弹

10、簧所受弹力尸与弹簧 长度L关系实验时得到如图甲所示的F-L图像。由图像可知：弹簧原长Lo= cm,由此求得弹簧的劲度系数%=N/m。7、(2)用如图乙所示的方式挂上钩码(已知每个钩码重G= 1 N),使中研究的弹 簧压缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为 cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为 个。解析：(1)由题图甲可知，弹簧原长Lo=3.() cm。由胡克定律尸=%居得&p 12 N=-7-=n nnA =200 N/m x 0.09 m0.03 m(2)由题图乙可知，指针所指刻度尺示数为L=1.5()cm。设钩码个数为，由胡克定律得 G=A(Zx)L) k (Lo-L) 20

11、0 N/mX (0.03 m-0.015 m)解得 =-=仄=3o答案：(1)3.0 200 (2)1.50 3【跟踪训练3】(2022唐山二模)某实验小组通过如图甲所示的装置探究轻 质橡皮筋弹力与长度的关系，实验步骤如下：将橡皮筋一端固定在长木板的左端，皮筋另一端系一段细线，细线跨过长 木板右端的定滑轮与小桶相连；向小桶内注入一定质量的细沙，稳定后测量橡皮筋的长度/;取出细沙，并测量细沙的质量相；重复步骤，获得多组对应的2、/数值；描点连线，得到一，的关系图线如图乙所示。完成下列填空：(1)已知重力加速度为g,橡皮筋的劲度系数为 o(2)图乙中纵截距的数值(选填“大于”“等于”或“小于”)橡

12、皮筋 的原长。(3)下列情况对劲度系数测量有影响的是oA.橡皮筋与长木板不平行B.定滑轮不光滑C.细线质量不可忽略D.未考虑小桶质量ak.l 小，为 一， F fn2S-fnQ im-m解析：(1)橡皮筋的劲度系数为k=卜/ = 7 I =iJ_1go I l2lI2t(2)题图乙中纵战距表示没有注入细沙时，橡皮筋的长度，但是没有注入细沙 时，已经挂小桶了，所以橡皮筋已经伸长了，则题图乙中纵截距的数值大于橡皮 筋的原长。根据&=w可知，动度系数的测量只与拉力的变化量和橡皮筋的伸长量 有关，所以橡皮筋与长木板不平行不影响橡皮筋的伸长量的测量，不考虑小桶的 质量也不影响拉力的变化量，但是定滑轮不光滑，有摩擦力作用会影响拉力的变 化量，细线的质量也会影响拉力的变化量，A、D错误，B、C正确。小 mitm ,.答案：（1巧二了 （2）大于（3）BC