《高考备考指南 物理 》课件-实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系

物体间的相互作用第二章

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系(本实验对应系统用书P38)栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1一、实验目标1.学会探究弹簧弹力与形变量之间的关系.2.会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据.3.能根据F－x图像求出弹簧的劲度系数.二、实验原理弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大.三、实验器材不同的轻弹簧多根、刻度尺、钩码(一盒)、细绳、铁架台、三角板、坐标纸、重垂线等.四、实验步骤1.将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态下的长度l0，即原长.2.如实验原理图所示，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，填入自己设计的表格中.3.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x1、x2、x3、x4、x5.4.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图，绘出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.5.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数，并解释函数表达式中常数的物理意义.五、注意事项及误差分析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，要注意观察，适可而止.2.每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高.3.测量弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差，多测几次，求平均值，可减小误差.4.记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位.5.作图像：描点画线时，所描的点不一定都落在一条线上，但应注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点均匀分布在线的两侧，坐标轴的标度要适中.题点各个击破2命题点一教材标准实验的变形考向1实验原理与过程例1

(2023年广东二模)把直尺改装成“竖直加速度测量仪”.实验步骤如下，请完成相关实验内容：(1)弹簧的上端固定在铁架台上，在弹簧的旁边沿弹簧长度方向竖直固定一直尺，弹簧上端与直尺的0刻度线对齐.弹簧下端不挂钢球时，指针在直尺上指示的刻度如图甲，以此计作弹簧的原长x0＝________m.

0.200

(2)弹簧下端挂上钢球，静止时指针在直尺上指示的刻度如图乙.若重力加速度g取10m/s2，钢球质量为0.25kg，且弹簧发生的是弹性形变，则该弹簧的劲度系数k＝________N/m.(保留3位有效数字)

(3)取竖直向上为正方向，写出钢球竖直加速度a(单位m/s2)随弹簧长度x(单位m)变化的函数关系式a＝________；将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置测量竖直方向的加速度.

12.5

50x－20

考向2实验误差及数据处理例2

(2023年浙江卷)如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系.在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度xA、xB的数据如表.钩码个数12…

xA/cm7.758.539.30…xB/cm16.4518.5220.60…钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝______cm，弹簧B的伸长量ΔxB＝________cm，两根弹簧弹性势能的增加量ΔEp________(填“＝”“＜”或“＞”)mg(ΔxA＋ΔxB).

0.78

1.29

＞【解析】钩码个数为1时，弹簧A的伸长量ΔxA＝8.53

cm－7.75

cm＝0.78

cm.弹簧B的伸长量ΔxB＝18.52

cm－16.45

cm－0.78

cm＝1.29

cm.弹簧伸长重心降低，弹簧弹性势能减少，机械能守恒定律可知，两根弹簧增加的弹性势能等于钩码减少的重力势能和弹簧减少的重力势能之和，ΔEp＝ΔE物减＋ΔE簧减＞ΔE物减＝mg(ΔxA＋ΔxB).

1.在探究“弹力与弹簧伸长的关系”的实验中，下列说法正确的是(

)A.实验中劲度系数k的具体数值必须计算出来B.如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度L代替x，F－L图像也是过原点的一条直线C.利用F－x图像可求出k值D.实验时要把所有点连到线上，才能探索得到真实规C2.某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，先把弹簧放在桌面上，用刻度尺测出弹簧的原长L0＝4.6cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧长度x，画出弹力和弹簧长度关系的图像.(1)根据图像求该弹簧劲度系数k＝________N/m.(结果保留2位有效数字)(2)图像与x轴的交点坐标大于L0的原因是_________________________.

50弹簧自身重力的影响命题点二实验创新迁移创新角度一实验器材和数据处理创新例3小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图甲所示的实验装置，以测量冰墩墩玩具的质量.主要实验步骤如下.(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g.甲(2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度l，记录的数据如下表所示：序号12345硬币数量n/枚510152025长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根据表中数据在图乙上描点，绘制图线.乙【答案】(3)如图所示(4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示，此时橡皮筋的长度为_______cm.

(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为________g(计算结果保留3位有效数字).

丙15.30

126【解析】(4)由图可知刻度尺的分度值为1

mm，故读数l＝15.30

cm.(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则n1mg＝k(l1－x0)，n2mg＝k(l2－x0)，设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－x0)，联立各式代入数据可得m1≈126

g.创新角度二实验方案的创新例4实验室中有5根一模一样的弹簧，小明想测量这批弹簧的劲度系数，将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上，如图甲所示，1号弹簧不挂钩码，2号挂1个钩码，3号挂2个钩码，依此类推，钩码均相同(计算结果保留3位有效数字).(1)为了更直观地呈现弹力大小F与伸长量Δx的关系，小明以1号弹簧末端指针中点为原点，作出竖直的y轴及水平的x轴，其中y轴代表________，x轴代表________(填“F”或“Δx”).

(2)为测量弹簧的伸长量，小明取来一把米尺，竖直放置在地上，米尺的100cm刻度刚好与1号弹簧末端指针中点在同一水平线上，测量2号弹簧末端指针中点位置时，如图乙所示，则此时弹簧伸长量为________cm.

Δx

F

4.50