第10講探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系目錄復(fù)習(xí)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、器材、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案【夯基·必備基礎(chǔ)知識(shí)梳理】知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)【提升·必考題型歸納】考向1實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新考向3實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新考向4實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新真題感悟掌握實(shí)驗(yàn)的原理，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)利用圖像，探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系，并會(huì)做出必要的誤差分析。2、能夠在原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者創(chuàng)新，做出同類探究?？键c(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)考情分析探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系2022年湖南卷第11題2021年廣東卷第11題各地高考對(duì)探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查頻度不是太高，形式上主要以課本原型實(shí)驗(yàn)的原理為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)過(guò)加工創(chuàng)新?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑵鞑?、原理、步驟、注意事項(xiàng)、誤差分析1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繌椈蓮椓εc形變量的定量關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺(tái)、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。3.實(shí)驗(yàn)原理：用刻度尺測(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)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(zhǎng)量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來(lái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量間的關(guān)系。4.數(shù)據(jù)處理：（1）以彈力F為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),建立坐標(biāo)系,選取合適的單位,用描點(diǎn)法作圖。用平滑的曲線連接各點(diǎn),得到彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的關(guān)系圖像。（2）以彈簧的伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(xiàng)：(1)不要超過(guò)彈性限度：實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免彈簧被過(guò)度拉伸，超過(guò)彈簧的彈性限度。(2)盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。(3)觀察所描點(diǎn)的走向：本實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前并不知道其規(guī)律，所以描點(diǎn)以后所作的曲線是試探性的，只是在分析了點(diǎn)的分布和走向以后才決定用直線來(lái)連接這些點(diǎn)。(4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。6.誤差分析：（1）鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確以及畫圖時(shí)描點(diǎn)連線不準(zhǔn)確等都會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差。（2）懸掛鉤碼數(shù)量過(guò)多,導(dǎo)致,不再符合胡克定律(F=kx),故圖像發(fā)生彎曲。（3）水平放置彈簧測(cè)量其原長(zhǎng),由于,將其懸掛起來(lái)后會(huì)有一定的伸長(zhǎng)量,故圖像橫軸截距不為零?？枷?實(shí)驗(yàn)原理與操作1．利用如圖所示裝置做“研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，所用的鉤碼都相同。（1）在安裝刻度尺時(shí)，必須使刻度尺保持___________狀態(tài)；（2）下列操作正確的是____________A．實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該先把彈簧水平放置在桌面上測(cè)量其長(zhǎng)度B．用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度作為彈簧的伸長(zhǎng)量C．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，要在鉤碼處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)讀刻度尺的讀數(shù)D．逐一增掛鉤碼，記下每增加一個(gè)鉤碼后指針?biāo)傅目潭瘸呖潭群蛯?duì)應(yīng)的鉤碼總重量（3）某同學(xué)采用正確的方法操作后，用圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí)，把彈簧的伸長(zhǎng)量作為橫坐標(biāo)，彈力作為縱坐標(biāo)，然后描點(diǎn)作圖，則作出的圖像應(yīng)為________。A．B．C．D．考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析2．某同學(xué)用如圖1所示的裝置做探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，通過(guò)改變彈簧下端懸掛的鉤碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中做法規(guī)范的是___________；（填選項(xiàng)前的字母）A．逐一增掛鉤碼，記下每增加一個(gè)鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重B．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，記下每次所掛鉤碼的重力，即彈簧彈力F的大小，在坐標(biāo)紙上描出多次測(cè)量的彈簧彈力大小F與彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，作出的圖像如圖2所示，由此得到：彈簧的勁度系數(shù)為___________N/m；（3）圖3是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量x與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的末段明顯偏離直線，造成這種現(xiàn)象的主要原因是___________?？键c(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)彈簧水平放置,消除彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新利用傳感器等現(xiàn)代化的手段來(lái)探究彈簧彈力與伸縮量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新（1）改變彈簧的固定方式,研究彈簧彈力大小與壓縮量之間的大小關(guān)系。（2）物體C下移的距離x為彈簧壓縮量的變化量,即F=m0g+k(x0x)=m0g+kx0kx,故Fx圖線(圖丙)斜率的大小為彈簧的勁度系數(shù)4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新利用浮力對(duì)彈簧彈力大小的影響，探究彈簧的勁度系數(shù)及鉤碼浮力的大小?？枷?實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)1．一根彈簧被截成相等的兩段后，每段的勁度系數(shù)是否與被截?cái)嗲跋嗤繛榱伺宄@個(gè)問(wèn)題，物理興趣小組的同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，將彈簧的一端固定在水平桌面點(diǎn)處的擋板上，在彈簧的中間位置和另一端分別固定一個(gè)用于讀數(shù)的指針和，彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)。然后用細(xì)線拴住彈簧右端并繞過(guò)光滑定滑輪，細(xì)線另一端拴有輕質(zhì)掛鉤。在彈簧下面放一刻度尺，使毫米刻度尺零刻度線與點(diǎn)對(duì)齊。（已知每個(gè)鉤碼的重力均為。）Ⅰ.首先記錄自然狀態(tài)下指針?biāo)傅目潭?，然后在掛鉤上依次懸掛1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)……鉤碼，同時(shí)記錄每次指針?biāo)傅目潭?，并?jì)算出其長(zhǎng)度的變化量；Ⅱ.在彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài)下，在處將彈簧截成相同的兩段后，以端作為彈簧的最右端重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，記錄每次指針?biāo)傅目潭?，并?jì)算出其長(zhǎng)度的變化量；

①以鉤碼重力為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)建立如圖2所示的坐標(biāo)系，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，作出了如圖2所示的兩條圖線。②根據(jù)圖像可知，段彈簧的勁度系數(shù)_________，段彈簧的勁度系數(shù)_________。（結(jié)果保留1位小數(shù)）③由本實(shí)驗(yàn)可知，一根彈簧被截成相等的兩段后，每段的勁度系數(shù)與沒(méi)截?cái)嗲跋啾葘________。（選填“增大”“減小”或“不變”）考向2實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新2．在探究彈力和彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系時(shí)，某同學(xué)用力傳感器先按圖1所示的裝置對(duì)彈簧甲進(jìn)行探究，然后把彈簧甲和彈簧乙順次連接起來(lái)按圖2進(jìn)行探究。在彈性限度內(nèi)，每次使彈簧伸長(zhǎng)一定的長(zhǎng)度并記錄相應(yīng)的力傳感器的示數(shù)，分別測(cè)得圖1、圖2中力傳感器的示數(shù)、如下表所示。彈簧總長(zhǎng)度/12.0014.0016.0018.0030.0031.0432.0233.0229.3429.6529.9730.30（1）根據(jù)上表，要求盡可能多的利用測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算彈簧甲的勁度系數(shù)_________（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。若該同學(xué)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前忘了對(duì)力傳感器進(jìn)行校零，通過(guò)上述方法測(cè)得的甲彈簧的勁度系數(shù)跟真實(shí)值相比將_________（填“偏大”“偏小”或“不變”）。（2）僅根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)_________（填“能”或“不能”）計(jì)算出彈簧乙的勁度系數(shù)?？枷?實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新3．某同學(xué)利用如圖所示裝置來(lái)研究彈簧彈力與形變的關(guān)系，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如下：A、B是質(zhì)量均為m0的小物塊，A、B間用輕彈簧相連，A的上面通過(guò)輕繩繞過(guò)兩個(gè)定滑輪與一個(gè)輕質(zhì)掛鉤相連，掛鉤上可以掛上不同質(zhì)量的物體C，物塊B下放置一壓力傳感器。物體C右邊有一個(gè)豎直的直尺，可以測(cè)出掛鉤下移的距離。整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度g取9.8m/s2。實(shí)驗(yàn)操作如下：①不懸掛物體C，讓系統(tǒng)保持靜止，確定掛鉤的位置O，并讀出壓力傳感器的示數(shù)F0；②每次掛上不同質(zhì)量的物體C，用手托住，緩慢釋放，測(cè)出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)掛鉤相對(duì)O點(diǎn)下移的距離x1，并讀出相應(yīng)的壓力傳感器的示數(shù)F1；③以壓力傳感器示數(shù)為縱軸，掛鉤下移的距離為橫軸，根據(jù)每次測(cè)量的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作出F—x圖像如圖所示。由圖像可知，彈簧勁度系數(shù)k=______N/m（結(jié)果保留一位小數(shù)）。考向4實(shí)驗(yàn)過(guò)程的創(chuàng)新4．某同學(xué)制作了一個(gè)“豎直加速度測(cè)量?jī)x”，可以用來(lái)測(cè)量電梯豎直上下運(yùn)行時(shí)的加速度，其構(gòu)造如圖甲所示。將彈簧豎直自由懸掛時(shí)，指示針指示的刻度尺刻度為6.50cm；在彈簧下端懸掛一質(zhì)量為0.2kg的鉤碼，當(dāng)鉤碼靜止時(shí)指示針指示的刻度尺刻度如圖甲所示。已知該裝置中使用的彈簧在從原長(zhǎng)到拉伸4.50cm范圍內(nèi)能較好的滿足胡克定律，重力加速度g=9.8m/s2。（1）該彈簧的勁度系數(shù)k=________N/m；（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（2）該“豎直加速度測(cè)量?jī)x”可較準(zhǔn)確測(cè)量的豎直向上的加速度的最大值為________m/s2；（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）（3）在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，指示針會(huì)隨鉤碼上下振動(dòng)，為了能讓指示針盡快穩(wěn)定下來(lái)，該同學(xué)將鉤碼換成與鉤碼質(zhì)量相同的強(qiáng)磁鐵，并在強(qiáng)磁鐵正下方放置一鋁塊，如圖乙所示。與不加鋁塊相比，此種情況下測(cè)得的加速度值________（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）。（4）彈簧下端懸掛鉤碼的質(zhì)量越大，該測(cè)量?jī)x可較準(zhǔn)確測(cè)量的豎直向上的加速度的最大值________（選填“越大”、“越小”或“不變”）。（2022年湖南高考真題）小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為；（2）將硬幣以5