2025高考物理总复探究弹簧弹力与形变量的关系

第6讲实验探究弹簧弹力与形变量的关系高考总复习2025强基础固本增分研考点精准突破目录索引强基础固本增分一、实验目的探究弹簧弹力与形变量的定量关系。二、实验思路静止时读数1.如图所示,弹簧弹力(F)等于悬挂钩码的重力。2.弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(l)减去原长(l0)。3.多测几组,找出F与x的关系。三、实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。四、进行实验1.安装实验仪器。

竖直悬挂,自然下垂时测量2.用刻度尺测出弹簧的原长。3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,填入表格中。4.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,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。五、数据处理与分析1.以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。2.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数等。3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。六、误差分析1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出了其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),图像发生弯曲。3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,使图像横轴截距不为零。√√×××√研考点精准突破考点一教材原型实验考向一

实验原理和实验操作典题1

如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。(1)为完成实验,还需要的实验器材有

。

(2)实验中需要测量的物理量有

。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图线,由此可求出弹簧的劲度系数为

N/m。图线不过原点的原因是

。

刻度尺

弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量

200弹簧自身存在重力解析

(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧的长度。(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量是弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量。(3)取图像中(0.5,0)和(3.5,6)两个点,由F=kx,可得

。由于弹簧自身存在重力,使得弹簧不加外力时就有形变量。考向二

数据处理和误差分析典题2(2023湖北模拟)某实验小组利用图甲所示装置探究弹簧的弹力与形变量的关系。实验中使用的弹簧在自然状态下有一定的收缩力。实验时把弹簧的上端固定在铁架台的横杆上,记录弹簧自然下垂时下端的示数(L)。在弹簧的下端悬挂不同质量(m)的钩码,记录弹簧在不同弹力下弹簧下端的示数并填入表格中,计算对应的弹簧伸长量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)图乙是根据上表数据绘制的m-x图线,其中AB段为曲线、BC段为直线,则该弹簧在

(选填“OA”“AB”或“BC”)段满足胡克定律。

(2)由图乙可得直线BC的斜率为g/cm,则弹簧的劲度系数k=

N/m,弹簧在自然状态下的收缩力F0=

N。(已知重力加速度大小取9.8m/s2,结果均保留2位小数)

(3)由于弹簧的质量不能忽略,它对弹簧劲度系数的测量

(选填“有”或“没有”)影响。

BC9.33

0.43没有考点二实验的改进与创新考向一

实验方法的创新典题3(2021广东卷)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。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ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,(2)上述

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9.80m/s2,该弹簧的劲度系数为

N/m(结果保留3位有效数字)。

6.046.05

348.6考向二

实验原理的创新典题4(2023河北模拟)某同学学习通过平面镜观察桌面的微小形变的实验后,受此启发,设计一个测量弹性轻杆的形变量与其劲度系数的实验,如图所示,图中B为待测量的弹性轻杆,C为底部带有小孔且装满细砂的小桶。A为一长度为L的轻质刚性杆,一端与弹性杆B连接,另一端与轻质平面镜M的中心O'相连,且与平面镜M垂直。轻质平面镜竖直放在水平实验台上,PQ为一带有弧长刻度的透明圆弧,O为PQ的中心,圆弧PQ的半径为r,不挂砂桶时,一束细光束经PQ的O点射到平面镜的O'点后原路返回,挂上砂桶后,使平面镜发生倾斜,入射光束在M上的入射点可以近似认为仍在O'点,通过读取反射光在圆弧上的位置,测得光点在透明读数条上移动的弧长为s,可以测得弹性轻杆的形变量,根据胡克定律就可以确定弹性杆的劲度系数。已知r≫L,L远大于弹性杆的形变量,重力加速度为g。(1