2025版高考物理一轮总复习考点突破第2章相互作用实验2探究弹簧弹力与形变量的关系考点2创新实验提升

考点2创新试验提升(实力考点·深度研析)试验装置和试验器材的改进(1)将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做试验，消退了弹簧自重的影响。(2)利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变更的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像，分析图像得出结论。►考向1试验装置的改进(2024·广东卷，11)某爱好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，固定在斜面上的透亮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。试验过程如下：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Ln，数据如表所示。试验过程中弹簧始终处于弹性限度内。接受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ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1,2,3)，计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝6.08cm，ΔL3＝6.04压缩量的平均值eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝6.05cm；(2)上述eq\x\to(ΔL)是管中增加_3__个钢球时产生的弹簧平均压缩量；(3)忽视摩擦，重力加速度g取9.80m/s2，该弹簧的劲度系数为48.6N/m。(结果保留3位有效数字)[解析](1)依据压缩量的变更量为ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05)cm＝6.04cm压缩量的平均值为eq\x\to(ΔL)＝eq\f(ΔL1＋ΔL2＋ΔL3,3)＝eq\f(6.03＋6.08＋6.04,3)cm≈6.05cm。(2)因三个ΔL是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。(3)依据钢球的平衡条件有3mgsinθ＝k·eq\x\to(ΔL)解得k＝eq\f(3mgsinθ,\x\to(ΔL))＝eq\f(3×0.2×9.8×sin30°,6.05×10－2)N/m≈48.6N/m。►考向2试验仪器和试验方法的创新[解析](1)由图乙可知，弹簧的形变量等于齿条C下降的距离，由于齿轮D与齿条C啮合，所以齿条C下降的距离等于齿轮D转过的弧长，依据数学学问可得：s＝θ·eq\f(d,2)即弹簧变长Δx＝s＝θ·eq\f(d,2)。(2)对托盘A、竖直杆B、水平横杆H与齿条C和重物整体探讨，依据平衡条件得mg＝2F，弹簧弹力的胡克定律公式，F＝kΔx，联立解得k＝eq\f(mg,θd)。(3)依据公式k＝eq\f(mg,θd)所以θ＝eq\f(g,kd)·m，所以θ－m图像是一条过原点的倾斜直线，图像如题图丙，其斜率k′＝eq\f(g,kd)，由图像可得k′＝eq\f(Δθ,Δm)＝eq\f(0.76,0.6)rad/kg≈1.27rad/kg，将d＝5.00cm，g＝9.8m/s2和k′代入，解得k≈154N/m。►考向3试验方法的迁移应用(2024·湖南卷)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(a)所示的试验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要试验步骤如下：(1)查找资料，得知每枚硬币的质量为6.05g；(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，记录数据如下表：序号12345硬币数量n/枚510152025长度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)依据表中数据在图(b)上描点，绘制图线；见解析(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(c)所示，此时橡皮筋的长度为15.35cm；(5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为127g(计算结果保留3位有效数字)。[解析](3)依据表格标点连线如图(4)由图可知刻度尺的最小分度值为1mm，故读数l＝15.35cm；(5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则n1mg＝k(x1－x0)，n2mg＝k(x2－x0)，则橡皮筋的劲度系数为k＝eq\f(n2－n1mg,x2－x1)，从作的l－n图线读取数据可得k＝eq\f(n2－n1mg,x2－x1)＝eq\f(10,3)mg，x0＝e