實驗技能儲備
1．實驗原理
(1)如圖所示，彈簧下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．
(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與形變量間的關(guān)系．
2．實驗器材
鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線．
3．實驗步驟
(1)將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度 l0，即原長．
(2)如圖所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，測出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，得出彈簧的伸長量x1，將這些數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格中．
(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，測出對應(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x2、x3、x4、x5.
4.數(shù)據(jù)處理
(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)，用描點法作圖．用平滑的曲線連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線．
(2)以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù)表達(dá)式．首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)．
(3)得出彈力和彈簧形變量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義．
5．注意事項
(1)不要超過彈性限度：實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免彈簧被過度拉伸，超過彈簧的彈性限度．
(2)盡量多測幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)．
(3)觀察所描點的走向：本實驗是探究型實驗，實驗前并不知道其規(guī)律，所以描點以后所作的曲線是試探性的，只是在分析了點的分布和走向以后才決定用直線來連接這些點．
(4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位．
考點一 教材原型實驗
例1 如圖甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量均為m的鉤碼，探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與形變量的關(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與彈簧形變量x的F－x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為______ N/m.圖線不過原點是由于__________________________．
(4)為完成該實驗，設(shè)計實驗步驟如下：
A．以彈簧形變量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，并用平滑的曲線連接起來
B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0
C．將鐵架臺固定在桌子上，并將彈簧的一端系在橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺
D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個……鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼
E．以彈簧形變量為自變量，寫出彈力與形變量的關(guān)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)
F．解釋表達(dá)式中常數(shù)的物理意義
G．整理儀器
請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：______________________________.
答案 (1)刻度尺 (2)彈簧原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度 (3)200 彈簧自身重力的影響 (4)CBDAEFG
解析 (1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和掛上鉤碼后的長度．
(2)根據(jù)實驗原理，實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度．
(3)取題圖乙中(0.5 cm,0)和(3.5 cm,6 N)兩個點，代入ΔF＝kΔx，解得k＝200 N/m，由于彈簧自身的重力，使得實驗中彈簧不加外力時就有形變量．
(4)根據(jù)實驗操作的合理性可知，實驗步驟的先后順序為CBDAEFG.
例2 某同學(xué)欲做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗，有鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼．
(1)實驗中還需要的測量工具是________；
(2)用縱軸表示鉤碼質(zhì)量m，橫軸表示彈簧的形變量x，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出圖線如圖所示，由圖可知彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m(重力加速度g取9.8 m/s2)；
(3)若某同學(xué)先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是下列選項中的________．
答案 (1)刻度尺 (2)4.9 (3)C
解析 (1)實驗中還需要的測量工具是刻度尺；
(2)根據(jù)mg＝kx可得m＝eq \f(k,g)x
則由圖像可知eq \f(k,g)＝eq \f(60×10－3,0.12)
解得k＝4.9 N/m
(3)由于彈簧自重的影響，在未掛鉤碼時彈簧伸長量x不為零，故選C.
考點二 探索創(chuàng)新實驗
創(chuàng)新角度：實驗裝置的改進(jìn)
1．將彈簧水平放置或穿過一根水平光滑的直桿，在水平方向做實驗．消除了彈簧自重的影響．
2．利用計算機(jī)及傳感器技術(shù)，將彈簧水平放置，且一端固定在傳感器上，傳感器與計算機(jī)相連，對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時，計算機(jī)上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖像(如圖所示)，分析圖像得出結(jié)論．
考向1 實驗裝置的改進(jìn)
例3 (2021·廣東卷·11)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(jī)玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機(jī)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200 g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)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(jìn)而計算其勁度系數(shù)．
(1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)計算彈簧的壓縮量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝_______ cm，壓縮量的平均值eq \x\t(ΔL)＝eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝________ cm；
(2)上述eq \x\t(ΔL)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9.80 m/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)．
答案 (1)6.04 6.05 (2)3 (3)48.6
解析 (1)ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05) cm＝6.04 cm
壓縮量的平均值為eq \x\t(ΔL)＝eq \f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝eq \f(6.03＋6.08＋6.04,3) cm＝6.05 cm
(2)因三個ΔL是相差3個鋼球的壓縮量之差，則所求平均值為管中增加3個鋼球時產(chǎn)生的彈簧平均壓縮量；
(3)根據(jù)鋼球的平衡條件有3mgsin θ＝k·eq \x\t(ΔL)，解得
k＝eq \f(3mgsin θ,\x\t(ΔL))＝eq \f(3×0.2×9.80×sin 30°,6.05×10－2) N/m≈48.6 N/m.
考向2 實驗器材的創(chuàng)新
例4 如圖為一同學(xué)利用壓力傳感器探究彈力與彈簧伸長量關(guān)系的裝置示意圖，水平放置的壓力傳感器上疊放著連接輕彈簧的重物，左側(cè)固定有豎直刻度尺．靜止時彈簧上端的指針指示如圖所示，表格中記錄此時壓力傳感器的示數(shù)為6.00 N；豎直向上緩慢地拉動彈簧，分別記錄指針示數(shù)和對應(yīng)的傳感器示數(shù)如表中所示．
(1)補(bǔ)充完整表格中直尺的讀數(shù)；
(2)在以傳感器示數(shù)FN為縱軸、指針示數(shù)x為橫軸的坐標(biāo)系中，描點畫出FN－x圖像，并根據(jù)圖像求得彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．
答案 (1)12.20 (2)見解析圖 83.3(83.1～83.5都算正確)
解析 (1)刻度尺的最小刻度為1 mm，根據(jù)刻度尺的讀數(shù)規(guī)則可知，估讀到最小刻度的下一位，故讀數(shù)為12.20 cm.
(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)作出圖像，如圖所示
由題意可知FN＋F＝mg，則FN＝mg－kΔx，
即FN＝mg－k(x－x0)，
得圖像的斜率絕對值為彈簧的勁度系數(shù)，由圖像可知k＝eq \f(ΔFN,Δx)＝eq \f(6,0.194 0－0.122 0) N/m≈
83.3 N/m.
考向3 實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新
例5 某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系．實驗裝置如圖所示．一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度．設(shè)彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0；掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x.測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)．已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm.
(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：①________，②________.
(2)以n為橫坐標(biāo)，eq \f(1,k)為縱坐標(biāo)，在圖給出的坐標(biāo)紙上畫出eq \f(1,k)－n圖像．
(3)圖中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點．若從實驗中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系表達(dá)式為k＝________ N/m，該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的關(guān)系表達(dá)式為k＝________ N/m.
答案 (1)①81.7 ②0.012 2 (2)見解析圖
(3)eq \f(1.75×103,n)(eq \f(1.67×103,n)～eq \f(1.83×103,n)均可) eq \f(3.47,l0)(eq \f(3.31,l0)～eq \f(3.62,l0)均可)
解析 (1)①k＝eq \f(mg,x2)＝eq \f(0.100×9.80,?5.26－4.06?×10－2) N/m≈81.7 N/m；
②eq \f(1,k)＝eq \f(1,81.7) m/N≈0.012 2 m/N；
(2)描點法，畫一條直線，讓大部分的點都落在直線上，不在線上的點均勻分布在直線兩側(cè)，如圖所示．
(3)設(shè)直線的斜率為a，則有eq \f(1,k)＝an，即k＝eq \f(1,a)·eq \f(1,n)，通過計算可得k≈eq \f(1.75×103,n)；彈簧共60圈，則有n＝eq \f(60l0,0.118 8)，把其代入k＝eq \f(1,a)·eq \f(1,n)中可得k≈eq \f(3.47,l0).
課時精練
1．某實驗小組在“探究彈簧彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗中，操作過程如下：
(1)將彈簧水平放置并處于自然狀態(tài)，將標(biāo)尺的零刻度與彈簧一端對齊，彈簧的另一端所指的標(biāo)尺刻度如圖甲所示，則該讀數(shù)為________ cm.
(2)接著，將彈簧豎直懸掛，由于________的影響，不掛鉤碼時，彈簧也有一定的伸長，其下端所指的標(biāo)尺刻度如圖乙所示；圖丙是在彈簧下端懸掛鉤碼后所指的標(biāo)尺刻度，則彈簧因掛鉤碼引起的伸長量為________ cm.
(3)逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后彈簧下端所指的標(biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重力．該實驗小組的同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時，將鉤碼總重力F作為橫坐標(biāo)，彈簧伸長量Δl作為縱坐標(biāo)，作出了如圖丁所示的a、b兩條Δl－F圖像，其中直線b中的Δl是用掛鉤碼后的長度減去________(選填“圖甲”或“圖乙”)所示長度得到的．
答案 (1)7.0 (2)彈簧自身重力 6.9 (3)圖甲
解析 (1)該讀數(shù)為7.0 cm；
(2)由于彈簧自身重力的影響，不掛鉤碼時，彈簧也有一定的伸長，其下端所指的標(biāo)尺刻度為7.4 cm；在彈簧下端懸掛鉤碼后所指的標(biāo)尺刻度14.3 cm，則彈簧因掛鉤碼引起的伸長量為
14.3 cm－7.4 cm＝6.9 cm；
(3)由圖線b的位置可知，當(dāng)外力F＝0時，彈簧有伸長量，則可知直線b中的Δl是用掛鉤碼后的長度減去圖甲所示長度得到的．
2．(1)某同學(xué)使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度的圖像如圖所示，則可知原長較大的是________(填“a”或“b”)，勁度系數(shù)較大的是________(填“a”或“b”)．
(2)為了測量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的鉤碼．實驗測出了鉤碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對應(yīng)點已在圖上標(biāo)出并連線．由圖可求得彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字，g＝10 m/s2)．
(3)若懸掛的鉤碼的質(zhì)量比所標(biāo)數(shù)值偏小些，則實驗測得的彈簧的勁度系數(shù)比實際勁度系數(shù)偏________．
答案 (1)b a (2)0.263(0.260～0.270均正確) (3)大
解析 (1)圖像與橫軸交點的橫坐標(biāo)值為彈簧原長，由題圖可知原長較大的是b；圖像的斜率等于勁度系數(shù)，則勁度系數(shù)較大的是a.
(2)由胡克定律F＝kx，解得k＝eq \f(F,x)＝eq \f(Δmg,Δl)＝g·k斜＝eq \f(2.5×10－3×10,?18.0－8.5?×10－2) N/m≈0.263 N/m
(3)若懸掛的鉤碼的質(zhì)量比所標(biāo)數(shù)值偏小些，則彈簧拉力偏小，實際計算時彈力偏大，則實驗測得的彈簧的勁度系數(shù)比實際勁度系數(shù)偏大．
3．(2022·廣東東莞六中模擬)在“探究彈力和彈簧形變量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖所示，所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右恒定的拉力．實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．
(1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標(biāo)圖中，請作出F－L圖線．
(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝______ cm，勁度系數(shù)k＝________ N/m.
(3)圖線上端出現(xiàn)彎曲的原因是________________________________________．
(4)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，
優(yōu)點在于：__________________________________________.
缺點在于：__________________________________________.
答案 (1)見解析圖 (2)5 20 (3)彈簧的形變量超出其彈性限度 (4)避免彈簧自身所受重力對實驗的影響 彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差
解析 (1)描點作圖，F(xiàn)－L圖線如圖所示
(2)當(dāng)彈力為零時，彈簧的形變量為零，此時彈簧的長度等于彈簧的原長，可知彈簧的原長L0＝5 cm.根據(jù)胡克定律知k＝eq \f(ΔF,Δx)，可知圖線的斜率表示勁度系數(shù)，則k＝eq \f(ΔF,Δx)＝eq \f(1.2,0.06) N/m＝20 N/m.
(3)圖線上端出現(xiàn)彎曲的原因是彈簧的形變量超出其彈性限度．
(4)優(yōu)點在于消除了彈簧懸掛時彈簧自身所受重力對實驗的影響；缺點在于水平放置時彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗誤差．
4．某同學(xué)探究如圖甲中臺秤的工作原理．他將臺秤拆解后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部簡易結(jié)構(gòu)如圖乙所示，托盤A、豎直桿B、水平橫桿H與齒條C固定連在一起，齒輪D可無摩擦轉(zhuǎn)動，與齒條C完全嚙合，在齒輪上固定指示示數(shù)的輕質(zhì)指針E，兩根完全相同的彈簧將橫桿H吊在秤的外殼I上．他想根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)角度測量彈簧的勁度系數(shù)，經(jīng)過調(diào)校，托盤中不放物品時，指針E恰好指在豎直向上的位置．若放上質(zhì)量為m的物體指針偏轉(zhuǎn)了θ弧度(θ

相關(guān)學(xué)案

江蘇版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案：

這是一份江蘇版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案，共10頁。

高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案：

這是一份高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案，共7頁。

高考物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案：第四講 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系：

這是一份高考物理一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案：第四講 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系，共6頁。學(xué)案主要包含了知識要點，課后練習(xí)等內(nèi)容，歡迎下載使用。

英語朗讀寶

相關(guān)學(xué)案 更多

人教版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系學(xué)案含答案

人教版高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系學(xué)案含答案
高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗2探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系學(xué)案

高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用實驗2探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系學(xué)案
人教版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案

人教版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第2章實驗2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課時學(xué)案
實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系學(xué)案

實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系學(xué)案
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認(rèn)為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識產(chǎn)權(quán)，請掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護(hù)您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎勵，申請 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高考專區(qū)
微信掃碼注冊
qrcode
二維碼已過期
刷新

微信掃碼，快速注冊

手機(jī)號注冊
手機(jī)號碼

手機(jī)號格式錯誤

手機(jī)驗證碼 獲取驗證碼

手機(jī)驗證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個字符，數(shù)字、字母或符號

注冊即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊
手機(jī)號注冊
微信注冊

注冊成功

返回
頂部