第6講實驗探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系高考總復習2025強基礎(chǔ)固本增分研考點精準突破目錄索引強基礎(chǔ)固本增分一、實驗?zāi)康奶骄繌椈蓮椓εc形變量的定量關(guān)系。二、實驗思路靜止時讀數(shù)1.如圖所示,彈簧彈力(F)等于懸掛鉤碼的重力。2.彈簧伸長量(x)等于彈簧的現(xiàn)長(l)減去原長(l0)。3.多測幾組,找出F與x的關(guān)系。三、實驗器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標紙。四、進行實驗1.安裝實驗儀器。

豎直懸掛,自然下垂時測量2.用刻度尺測出彈簧的原長。3.在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時彈簧的長度l1,填入表格中。4.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對應(yīng)的彈簧長度,記錄m2,m3,m4,m5和相應(yīng)的彈簧長度l2,l3,l4,l5,并得出每次彈簧的伸長量x1,x2,x3,x4,x5。五、數(shù)據(jù)處理與分析1.以彈力F為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,建立坐標系,選取合適的單位,用描點法作圖。用平滑的曲線連接各點,得到彈力F隨彈簧伸長量x變化的關(guān)系圖像。2.以彈簧的伸長量為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù)等。3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。六、誤差分析1.鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確以及畫圖時描點連線不準確等都會引起實驗誤差。2.懸掛鉤碼數(shù)量過多,導致彈簧的形變量超出了其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),圖像發(fā)生彎曲。3.水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,使圖像橫軸截距不為零。√√×××√研考點精準突破考點一教材原型實驗考向一

實驗原理和實驗操作典題1

如圖甲所示,用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。(1)為完成實驗,還需要的實驗器材有

。

(2)實驗中需要測量的物理量有

。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的關(guān)系圖線,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。圖線不過原點的原因是

。

刻度尺

彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量

200彈簧自身存在重力解析

(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧的長度。(2)根據(jù)實驗原理,實驗中需要測量的物理量是彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量。(3)取圖像中(0.5,0)和(3.5,6)兩個點,由F=kx,可得

。由于彈簧自身存在重力,使得彈簧不加外力時就有形變量。考向二

數(shù)據(jù)處理和誤差分析典題2(2023湖北模擬)某實驗小組利用圖甲所示裝置探究彈簧的彈力與形變量的關(guān)系。實驗中使用的彈簧在自然狀態(tài)下有一定的收縮力。實驗時把彈簧的上端固定在鐵架臺的橫桿上,記錄彈簧自然下垂時下端的示數(shù)(L)。在彈簧的下端懸掛不同質(zhì)量(m)的鉤碼,記錄彈簧在不同彈力下彈簧下端的示數(shù)并填入表格中,計算對應(yīng)的彈簧伸長量x的值。m/g010203040506070L/cm10.5010.5010.5010.5010.7511.4012.2013.25x/cm00000.250.901.702.75m/g8090100110120130140150L/cm14.3015.3516.417.5018.6519.6520.7521.85x/cm3.804.855.907.008.159.1510.2511.35(1)圖乙是根據(jù)上表數(shù)據(jù)繪制的m-x圖線,其中AB段為曲線、BC段為直線,則該彈簧在

(選填“OA”“AB”或“BC”)段滿足胡克定律。

(2)由圖乙可得直線BC的斜率為g/cm,則彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m,彈簧在自然狀態(tài)下的收縮力F0=

N。(已知重力加速度大小取9.8m/s2,結(jié)果均保留2位小數(shù))

(3)由于彈簧的質(zhì)量不能忽略,它對彈簧勁度系數(shù)的測量

(選填“有”或“沒有”)影響。

BC9.33

0.43沒有考點二實驗的改進與創(chuàng)新考向一

實驗方法的創(chuàng)新典題3(2021廣東卷)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)。緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進,每滑進一個鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)n和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量,進而計算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)計算彈簧的壓縮量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,(2)上述

是管中增加

個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量;

(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數(shù)為

N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

6.046.05

348.6考向二

實驗原理的創(chuàng)新典題4(2023河北模擬)某同學學習通過平面鏡觀察桌面的微小形變的實驗后,受此啟發(fā),設(shè)計一個測量彈性輕桿的形變量與其勁度系數(shù)的實驗,如圖所示,圖中B為待測量的彈性輕桿,C為底部帶有小孔且裝滿細砂的小桶。A為一長度為L的輕質(zhì)剛性桿,一端與彈性桿B連接,另一端與輕質(zhì)平面鏡M的中心O'相連,且與平面鏡M垂直。輕質(zhì)平面鏡豎直放在水平實驗臺上,PQ為一帶有弧長刻度的透明圓弧,O為PQ的中心,圓弧PQ的半徑為r,不掛砂桶時,一束細光束經(jīng)PQ的O點射到平面鏡的O'點后原路返回,掛上砂桶后,使平面鏡發(fā)生傾斜,入射光束在M上的入射點可以近似認為仍在O'點,通過讀取反射光在圓弧上的位置,測得光點在透明讀數(shù)條上移動的弧長為s,可以測得彈性輕桿的形變量,根據(jù)胡克定律就可以確定彈性桿的勁度系數(shù)。已知r?L,L遠大于彈性桿的形變量,重力加速度為g。(1