2023版高考物理一轮总复习专题2相互作用实验2探究弹力和弹簧伸长量的关系课件

实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系必备知识·深悟固基1．实验目的(1)学会用列表法和________处理实验数据．(2)归纳探究弹簧弹力与形变量之间的定量关系．2．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__________；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大．图像法

相等

3．实验器材铁架台、弹簧、钩码、________、坐标纸．4．实验步骤(1)安装实验仪器(如图所示)．刻度尺

(2)测量弹簧的__________(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．伸长量

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．关键能力·突破要点命题一课标教材原型实验[基础考查]例1

(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L的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L0＝________cm，求得弹簧的劲度系数k＝__________N/m.甲(2)如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G＝1N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图，则指针所指刻度尺示数为________cm.由此可推测图中所挂的钩码有________个．乙【答案】(1)3.0

200

(2)1.50

3变式1

某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持________状态．(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线．由此图线可得该弹簧的原长x0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x＝________cm.【答案】(1)竖直(2)4

50

(3)10变式2

如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．(1)为完成实验，还需要的实验器材有_______________________．(2)实验中需要测量的物理量有_____________________________________________________________________________________________.(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图像，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m.图线不过原点是由于______________.(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：A．以弹簧伸长量x为横坐标，以弹力F为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度L0；C．将铁架台固定在桌子上，并将弹簧的一端系在横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…、n个钩码，分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码；E．以弹簧伸长量x为自变量，写出弹力F与伸长量x的关系式，首先尝试写成一次函数，若不行，则考虑二次函数；F．解释函数表达式中常数的物理意义；G．整理仪器．请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来_____________________.【答案】(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与弹簧对应的长度(3)200弹簧有自重(4)CBDAEFG【解析】(1)根据实验原理，可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和挂上钩码后的长度．(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与弹簧对应的长度．(3)取题图乙中(0.5cm,0)和(3.5cm,6N)两个点，代入F＝kx，解得

k＝200N/m，由于弹簧自身的重力，使得实验中弹簧不加外力时就有形变量．(4)根据实验操作的合理性可知，实验步骤的先后顺序为CBDAEFG.命题二拓展创新实验[能力考查]实验原理的创新1.弹簧水平放置，消除弹簧自身重力对实验的影响2．改变弹簧的固定方式，研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系实验器材的创新1.用橡皮筋代替弹簧做实验2．拉力传感器显示的拉力F与橡皮筋的弹力并不相等，仅为橡皮筋弹力在水平方向的分力原理和分析的创新1.用压力传感器测物体B所受支持力的大小，但与弹簧弹力大小并不相等，二者差值为m0g2．物体C下移的距离x为弹簧压缩量的变化量，即F＝m0g＋k(x0－x)＝m0g＋kx0－kx，故F­x图线斜率的大小为弹簧的劲度系数例2

(2021年广东卷)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200g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L0，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．n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09【答案】(1)6.04

6.05

(2)3

(3)48.6变式3某同学探究如图甲中台秤的工作原理．他将台秤拆解后发现内部简易结构如图乙所示，托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C固定连在一起，齿轮D可无摩擦转动，与齿条C完全啮合，在齿轮上固定指示示数的轻质指针E，两根完全相同的弹簧将横杆H吊在秤的外壳I上．他想根据指针偏转角度测量弹簧的劲度系数，经过调校，托盘中不放物品时，指针E恰好指在竖直向上的位置．若放上质量为m的物体指针偏转了θ弧度(θ<2π)，齿轮D的直径为d，重力加速度为g，则甲

乙

丙(1)指针偏转了θ弧度的过程，弹簧变长了__________(用题干所给的参量表示)．(