2023版新教材高考物理一轮复习 第二章 相互作用——力 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系学生用书.docx

1、实验二探究弹簧弹力与形变量的关系【必备知识自主排查】一、实验思路与操作装置图与思路操作要领思路：需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据，弹力的测量：钩码标值形变量的测量：刻度尺(1)测l0：按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.(2)测总长和弹力：在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力(3)重复：增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量(4)作图：坐标轴标度要适中，单位要标注：连线时采用拟合法减小偶然误差二、数据处理及分析1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

2、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直线2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注意事项(1)对钩码的要求所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确(2)测量与记录数据测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位(3)画图像描点画线时，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

3、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【关键能力分层突破】考点一教材原型实验例1 一名同学用图示装置做“测定弹簧劲度系数”的实验(1)以下是这位同学根据自己的设想拟定的实验步骤，请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上_.A以弹簧长度l为横坐标，以钩码质量m为纵坐标，标出各组数据(l，m)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来；B记下弹簧下端不挂钩码时，其下端A处指针所对刻度尺上的刻度l0；C.将铁架台固定于桌子上，将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一

4、把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度记录在表格内，然后取下钩码；E由图像找出m l间的函数关系，进一步写出弹力与弹簧长度之间的关系式(重力加速度取g10 m/s2)；求出弹簧的劲度系数(2)图为根据实验测得数据标出的对应点，请作出钩码质量m与弹簧长度l之间的关系图线(3)写出弹簧弹力F和弹簧长度l之间关系的函数表达式：_(4)此实验得到的结论是：此弹簧的劲度系数k_ N/m.(计算结果保留三位有效数字)【跟进训练】1.2022山东博兴统考一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”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

5、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_ cm，弹簧的弹性系数k_ N/m.该同学将该弹簧制成一把弹簧测力计当弹簧测力计的示数如图乙所示时，该弹簧的长度x_ 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_Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比2如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针现要测量图(a)中弹簧的劲度系数当托

6、盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm；当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为_ cm.当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为_ N/m(保留3位有效数字)考点二拓展创新型实验例2 2021广东卷，11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

7、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n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用LiLi3Li(i1，2，3)计算弹簧的压缩量：L16.03 cm，L26.08 cm，L3_ cm，压缩量的平均值LL1+L2+L33_ cm；(2)上述L是管中增加_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_ N/m(结果保留3位有效数字)【跟进训练】3.某同学利用图(a)的装置测量轻弹簧的劲度

8、系数图中，光滑的细杆和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂砝码(实验中，每个砝码的质量均为m50.0 g)弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出实验步骤如下：在绳下端挂上一个砝码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触；系统静止后，记录砝码的个数及指针的位置；逐次增加砝码个数，并重复步骤(保持弹簧在弹性限度内)；用n表示砝码的个数，l表示相应的指针位置，将获得的数据记录在表格内回答下列问题：(1)根据下表的实验数据在图(b)中补齐数据点并做出ln图像n12345l/cm10.4810.9611.4511

9、.9512.40(2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及ln图线的斜率表示，表达式为k_若g取9.80 m/s2，则本实验中k_N/m(结果保留3位有效数字)42021安徽省全国示范高三联考某同学用如图甲所示装置测量一轻弹簧的劲度系数，器材如下：一端有挡板、长为l的光滑木板，一把刻度尺，一个质量为m的重物，一待测轻弹簧实验步骤如下：(1)将木板水平放置，弹簧的左端固定在挡板上；(2)将重物贴近弹簧右端；(3)将木板的右端缓慢抬高不同的高度，测出弹簧的长度x1、x2和此时木板右端到水平面的高度h1、h2.以x为纵轴，_选填“h”或“1h”为横轴，作出的图像如图乙所示，其图像斜率为

10、K.该弹簧的劲度系数为_，图像纵轴截距的物理意义是_5某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度l的关系如图所示，则由图线可知：(1)弹簧的劲度系数为_ N/m.(2)为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数，两位同学分别设计了如图所示的甲、乙两种方案为了用弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案_更合理甲方案中，若A和B的重力分别为10.0 N和20.0 N当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0 N，b的示数为11.0 N，则A和B之间的动摩擦因数为_实验二探究弹簧弹力与形变量的关系关键能力分层突破例1解析：(3)m l图线的斜率k1.2

11、5 kg/m，弹簧的劲度系数kkg，则弹簧弹力和长度l的关系为Fgk(ll0)，l015102 m，所以F12.5(l0.15)(4)kkg1.2510 N/m12.5 N/m答案：(1)CBDAE(2)如图所示(3)F12.5(l0.15)(4)12.51解析：(1)当弹力为零时，弹簧处于原长状态，故原长为：x08 cm；在F x图像中斜率代表弹簧的劲度系数，则：kFx60.24 N/m25 N/m，在乙图中弹簧测力计的示数：F3.0 N，根据Fkx，可知：xFk3.025 m0.12 m12 cm，故此时弹簧的长度：Lxx020 cm.(2)在丙图中，当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长，故b

12、的原长大于a的原长，故A错误；斜率代表弹簧的劲度系数，故a的劲度系数大于b的劲度系数，故B正确，C错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故D错误答案：(1)82520(2)B2解析：主尺读数3.7 cm，即37 mm，游标卡尺第15个刻度线与主尺上某刻度线对齐，所以总读数为37 mm15120 mm37.75 mm3.775 cm；由Fkx得kFxmgx2x10.1009.803.7751.950102 N/m0.981.825102 N/m53.7 N/m答案：3.77553.7例2解析：(1)L3L6L318.09 cm12.05 cm6.04 cm，压缩量的平均值LL1+L2+L336.

13、05 cm.(2)根据(1)问可知，L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，3mg sin kL，代入数值解得k48.6 N/m.答案：(1)6.046.05(2)3(3)48.63解析：(1)描出点后，作出图线如答案图所示(2)l n图线的斜率为ln由胡克定律有Fkl即nmgkl联立以上各式可得：kmg由图可得：斜率约为0.48102劲度系数约为k102 N/m答案：(1)图线如图所示(2)mg1024解析：设木板与水平面的夹角为，弹簧劲度系数为k，原长为x0，根据题意，有：mg sin k(x0x)，sin hl，则：xx0mglkh，因此图乙所示图像以h为横轴又因为Kmglk，故有kmglK，图像纵轴的截距的物理意义为x0，即弹簧原长答案：hmglK弹簧原长5解析：(1)由图知，当F0时l020 cm，即弹簧的原长为20 cm，当F060 N时，l40 cm，则lll00.2 m；由胡克定律得kFl600.2 N/m300 N/m.(2)乙方案因在拉着木块A运动的过程中，拉A的弹簧测力计在不断地运动，示数可能会变化，读数不准；甲方案弹簧测力计a是不动的，指针稳定便于读数，故甲方案更合理由于弹簧测力计a示数为6.0 N，故A、B间的动摩擦因数FfFN6200.3.答案：(1)300(2)甲0.3