實(shí)驗(yàn)二探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系原理裝置圖操作要求注意事項(xiàng)平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等1.將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0,即原長(zhǎng)。2.如圖所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,測(cè)出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1,記錄m1和l1,得出彈簧的伸長(zhǎng)量x1,將這些數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計(jì)的表格中。3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度,記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5,并得出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x2、x3、x4、x5。1.操作:彈簧豎直懸掛,待鉤碼靜止時(shí)測(cè)出彈簧長(zhǎng)度。2.作圖:坐標(biāo)軸標(biāo)度要適中,單位要標(biāo)注,連線時(shí)要使各數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè),明顯偏離圖線的點(diǎn)要舍去。3.適量:彈簧下端所掛鉤碼不要太多以免伸長(zhǎng)量超出彈性限度。4.多測(cè):要使用輕質(zhì)彈簧盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。5.統(tǒng)一:彈力及伸長(zhǎng)量對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位應(yīng)統(tǒng)一。數(shù)據(jù)處理1.列表法:將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中,研究測(cè)量的數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的比值不變。2.圖像法:根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。以彈簧的彈力F為縱軸,彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫軸,根據(jù)描點(diǎn)的情況,作出一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線。考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2025·河南省中原名校聯(lián)盟調(diào)研)某同學(xué)在做探究“彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。(1)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法正確的是。

A.彈簧被拉伸時(shí),不能超出它的彈性限度B.用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量C.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)D.用幾個(gè)不同的彈簧,各測(cè)出一組拉力與伸長(zhǎng)量,可得出拉力與伸長(zhǎng)量成正比(2)如圖乙所示是某根彈簧所受拉力F與伸長(zhǎng)量x之間的關(guān)系圖像,由圖可知該彈簧所受拉力F與伸長(zhǎng)量x的比值k=N/m(保留3位有效數(shù)字)。

(3)該同學(xué)用此彈簧制作成一把彈簧測(cè)力計(jì),某次測(cè)力時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置如圖丙所示,則彈力大小為F=N。

例2(2025·黑龍江高三聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量彈簧的勁度系數(shù),讓毫米刻度尺的0刻度線與彈簧上端對(duì)齊,實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)改變彈簧下端懸掛的鉤碼數(shù)量,改變彈簧的彈力F,并利用刻度尺讀出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度L。(1)下列說(shuō)法正確的是。

A.懸掛鉤碼時(shí),應(yīng)在鉤碼靜止后再讀數(shù)B.每次必須增加相同個(gè)數(shù)的鉤碼,鉤碼的總重力與彈力F大小相等C.如果未測(cè)量彈簧原長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)就無(wú)法得到彈簧的勁度系數(shù)D.用幾個(gè)不同的彈簧分別測(cè)出幾組彈力與伸長(zhǎng)量,得出彈力與伸長(zhǎng)量之比相等(2)實(shí)驗(yàn)小組先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng),用刻度尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0,再把彈簧豎直懸掛起來(lái)。掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L,把L-L0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x,則作出的彈簧彈力F與彈簧的伸長(zhǎng)量x之間的關(guān)系圖像,可能正確的是。

(3)通過(guò)F-x圖像的斜率求出彈簧的勁度系數(shù)k,則k(選填“大于”“小于”或“等于”)勁度系數(shù)的真實(shí)值。

(4)若實(shí)驗(yàn)中毫米刻度尺沒(méi)有完全豎直,而讀數(shù)時(shí)視線保持水平,則由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量得到的彈簧勁度系數(shù)將(選填“偏大”“偏小”或“不受影響”)。

聽(tīng)課筆記

考點(diǎn)二創(chuàng)新拓展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新角度:實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)裝置時(shí)代化求解智能化1.彈力的獲得:彈簧豎直懸掛,重物的重力作為彈簧的拉力,存在彈簧自重的影響→彈簧水平放置,重物的重力作為彈簧的拉力,消除了彈簧自重的影響2.圖像的獲得:由坐標(biāo)紙作圖得F-x圖像→由傳感器和計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)直接得F-x圖像例3(2025·湖北省鄂東南聯(lián)盟學(xué)校模擬)某同學(xué)利用圖甲裝置測(cè)量輕彈簧的勁度系數(shù)。圖中光滑的細(xì)桿和游標(biāo)卡尺主尺水平固定在鐵架臺(tái)上,一輕彈簧穿在細(xì)桿上,其左端固定,右端與細(xì)繩連接;細(xì)繩跨過(guò)光滑定滑輪,其下端可以懸掛砝碼(實(shí)驗(yàn)中,每個(gè)砝碼的質(zhì)量均為m=50.0g)彈簧右端連有一豎直指針,其位置可通過(guò)移動(dòng)游標(biāo)使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針讀出。實(shí)驗(yàn)步驟如下:①在繩下端掛上一個(gè)砝碼,調(diào)整滑輪,使彈簧與滑輪間的細(xì)線水平且彈簧與細(xì)桿沒(méi)有接觸;②系統(tǒng)靜止后,記錄指針的位置l1如圖乙所示;③逐次增加砝碼個(gè)數(shù),并重復(fù)步驟②(保持彈簧在彈性限度內(nèi)),記錄砝碼的個(gè)數(shù)n及指針的位置l;④將獲得的數(shù)據(jù)作出l-n圖像如圖丙所示,圖線斜率用a表示?；卮鹣铝袉?wèn)題:(1)圖乙所示讀數(shù)l1=cm。

(2)彈簧的勁度系數(shù)表達(dá)式k=(用砝碼質(zhì)量m、重力加速度g和圖線的斜率a表示)。若g取9.8m/s2,則本實(shí)驗(yàn)中k=N/m(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

例4(2025·八省聯(lián)考云南卷,12)某實(shí)驗(yàn)小組在完成“探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)后,為提高測(cè)量精度,重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)k。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,實(shí)驗(yàn)步驟如下:①用卡鉗將游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺豎直固定在一定高度;②彈簧的一端固定在游標(biāo)卡尺尺身的外測(cè)量爪上,另一端勾住鋼球上的掛繩;③將鋼球放在水平放置的電子天平上,實(shí)驗(yàn)中始終保持彈簧豎直且處于拉伸狀態(tài)(在彈性限度內(nèi));④初始時(shí),調(diào)節(jié)游標(biāo)卡尺使其讀數(shù)為0.00,此時(shí)電子天平示數(shù)為m0;⑤緩慢向下拉動(dòng)尺身,改變電子天平的示數(shù)m,m每增加1.00g,擰緊游標(biāo)尺緊固螺釘,讀出對(duì)應(yīng)的游標(biāo)卡尺讀數(shù)L,在表格中記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。完成下列填空:(1)緩慢向下拉動(dòng)尺身,彈簧伸長(zhǎng)量將(選填“增大”或“減小”)。

(2)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表,其中6號(hào)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為mm。

數(shù)據(jù)編號(hào)123456游標(biāo)卡尺讀數(shù)(L/mm)0.004.008.1012.0816.00?電子天平示數(shù)(m/g)28.0029.0030.0031.0032.0033.00(3