新高考物理一輪復習重難點練習實驗02 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系 （原卷版）

實驗02探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系 1.會通過實驗探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系.2.進一步理解胡克定律，掌握以胡克定律為原理的拓展實驗的分析方法．1．實驗原理(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量x，建立直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應的點，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，測出對應的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5和相應的彈簧長度l2、l3、l4、l5，并得出每次彈簧的伸長量x2、x3、x4、x5.鉤碼個數(shù)長度伸長量x鉤碼質(zhì)量m彈力F0l01l1x1＝l1－l0m1F12l2x2＝l2－l0m2F23l3x3＝l3－l0m3F3……………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，以彈簧的伸長量x為橫坐標，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關(guān)系及單位．6.對本實驗的改進創(chuàng)新的方法實驗裝置的改進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，傳感器與計算機相連，對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時，計算機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．【典例1】（2022·湖南·高考真題）小圓同學用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計了如圖（a）所示的實驗裝置，測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下：（1）查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為SKIPIF1<0；（2）將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度SKIPIF1<0，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號12345硬幣數(shù)量SKIPIF1<0/枚510152025長度SKIPIF1<010.5112.0213.5415.0516.56（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖（b）上描點，繪制圖線；______（4）取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖（c）所示，此時橡皮筋的長度為______SKIPIF1<0；（5）由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為______SKIPIF1<0（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）?！镜淅?】（2022·廣東·模擬預測）用如圖甲所示的裝置來探究胡克定律，輕質(zhì)彈簧的左端與固定在墻上的拉力傳感器連接，在右端水平拉力F的作用下從原長開始沿水平方向緩慢伸長，彈簧與水平面不接觸，通過刻度尺可以讀出彈簧的伸長量X，通過拉力傳感器可以讀出F，多次測量F、X做出F-X圖像如圖乙所示，回答下列問題：（1）伸長量達到某個點后圖像變彎曲，原因可能是___________；（2）彈簧的勁度系數(shù)為___________；（3）彈簧的伸長量分別為X2和X1時，拉力傳感器的示數(shù)之差為___________?！镜淅?】（2022·湖北武漢·模擬預測）某同學用如圖所示的裝置測量彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0。將彈簧豎直懸掛在鐵架臺上，指針固定在彈簧上SKIPIF1<0處，將刻度尺豎直固定在彈簧一側(cè)，在彈簧下端依次懸掛2個到7個砝碼，當砝碼處于靜止狀態(tài)時，測出彈簧受到的拉力SKIPIF1<0與指針所指的刻度尺示數(shù)SKIPIF1<0，實驗記錄如下：砝碼個數(shù)SKIPIF1<0234567SKIPIF1<0（N）0.981.471.962.452.943.43SKIPIF1<0（cm）17.6519.8221.9824.1526.3228.45彈簧伸長量SKIPIF1<06.50①6.47回答下列問題：（1）由表可知所用刻度尺的分度為___________；（2）將表中數(shù)據(jù)補充完整：①=___________；（3）根據(jù)逐差法計算出彈簧的勁度系數(shù)SKIPIF1<0___________N/cm（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；（4）如圖所示，若將固定在彈簧上SKIPIF1<0處的指針改為固定在彈簧上SKIPIF1<0處，重做上述實驗，則測得的勁度系數(shù)SKIPIF1<0___________k（選填“大于”“等于”“小于”）?！镜淅?】（2022·廣東中山·高三期末）某學習小組用如圖甲所示的裝置來“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”，主要步驟如下：（1）把彈簧平放在水平桌面上，測出彈簧的原長x0；（2）測出一個鉤碼的質(zhì)量m0；（3）將該彈簧懸吊在鐵架臺上讓彈簧自然下垂，測出此時彈簧長度l0；（4）掛上一個鉤碼，測出此時彈簧長度l1；（5）之后逐漸增加鉤碼的個數(shù)，并測出彈簧對應的長度分別為li（i為鉤碼個數(shù)）；（6）計算出SKIPIF1<0，用x作為橫坐標，鉤碼的總質(zhì)量作為縱坐標，作出的圖線如乙圖所示。請根據(jù)以上操作、記錄和圖像回答以下問題：①你認為m-x圖像不過原點的原因是_________；②已知鉤碼質(zhì)量m0=0.20kg，重力加速度g=9.8m/s2，利用圖乙求得彈簧勁度系數(shù)k=_________N/m（保留兩位有效數(shù)字）；③m-x圖像沒過坐標原點，對于測量彈簧的勁度系數(shù)_________（選填“有”或“無”）影響；④將SKIPIF1<0作為橫坐標，鉤碼的總質(zhì)量作為縱坐標，實驗得到圖線應是圖中的_________。（填寫下列四幅圖的對應的字母選項）A．B．C．D．【典例5】（2022·福建·莆田二中模擬預測）某實驗小組研究橡皮筋伸長量與所受拉力的關(guān)系。實驗器材有：一條兩端帶有細繩套的橡皮筋，鉤碼若干，刻度尺，鐵架臺等。（1）以下實驗裝置安裝最為合理的是________；A．B．C．D．（2）將橡皮筋上端固定在鐵架臺上，在豎直懸掛的橡皮筋下端逐一增掛鉤碼（質(zhì)量均為20g），每增掛一個鉤碼均記下對應的橡皮筋伸長量x（橡皮筋始終在彈性限度內(nèi)），記錄多組實驗數(shù)據(jù)如下表：鉤碼個數(shù)12345678F（N）0.1960.3920.5880.7840.9801.1761.3721.568x（mm）2.79.017.728.042.457.774.891.7（3）如圖所示，以拉力F為橫坐標，橡皮筋伸長量x為縱坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標紙上進行描點；（4）根據(jù)x-F圖判斷：橡皮筋彈力與橡皮筋伸長量________（填“是”或“不是”）正比關(guān)系；（5）根據(jù)x-F圖可知，當橡皮筋伸長量為50.0mm時，該橡皮筋的彈力大小為________N（結(jié)果保留小數(shù)點后兩位）?！镜淅?】（2022·河北唐山·三模）如圖所示，有兩條長度不同的彈性繩。兩繩上端固定在同一位置，下端系在一個輕質(zhì)勾上。兩繩在同一豎直面內(nèi)，不纏繞。1的長度比2短，1自然伸長時，2處于松弛狀態(tài)?，F(xiàn)測量這兩條彈性繩的勁度系數(shù)。進行以下操作：每個鉤碼質(zhì)量為100g，g取SKIPIF1<0。①測量短繩的自然長度SKIPIF1<0；②下端逐個加掛鉤碼。測量短繩1的長度L，并記錄對應鉤碼數(shù)量n。兩條彈性繩一直處于彈性限度內(nèi)；③在坐標紙上建立坐標系。以L為縱坐標，以所掛鉤碼數(shù)為橫坐標，描出部