2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系

这是一份2025届高三一轮复习物理课件（人教版新高考新教材）实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系，共36页。PPT课件主要包含了内容索引，必备知识落实，实验能力形成，巩固提升检测，adebc，见解析图，42Ncm，不正确，描点作图见解析，⑤②④⑥①③等内容，欢迎下载使用。

一、实验目的1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。二、实验原理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、实验步骤1.如图所示,将铁架台放在桌面上(固定好),弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,让其自然下垂,在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上,并用铅垂线检查刻度尺是否竖直。
2.用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长。3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入自己设计的表格中。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之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。
六、注意事项1.每次增减钩码测量有关长度时,均需保证弹簧及钩码处于静止状态,否则,弹簧弹力有可能与钩码重力不相等。2.整个实验过程不要超过弹簧的弹性限度。3.测量有关长度时,应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同,明确三者之间的关系。4.建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的量值要适当,不可过大,也不可过小。5.描线的原则是尽量使各点落在线上,少数点分布于线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线。
七、误差分析1.系统误差:钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。2.偶然误差:
【例1】 某中学的物理兴趣实验小组在探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,分成了两组来进行探究分析。(1)小组甲对两个劲度系数不同的弹簧A和弹簧B进行了探究,根据测量的实验数据,以弹簧的伸长量x为纵坐标,以弹簧的弹力F为横坐标,在同一坐标系中作出了两弹簧弹力F与伸长量x之间的关系图像,从图像上看两图线的后半段均向上发生了弯曲,其原因是______________________________,如果要制作精确度比较高的弹簧测力计,则应选与弹簧____________(选填“A”或“B”)相同的弹簧。 
弹簧已经超过了其弹性限度
(2)小组乙的同学完成了如下的操作:a.将带铁夹的铁架台放在水平桌面上,将弹簧的一端固定在铁夹上使其呈自然状态,并在竖直的弹簧附近平行于弹簧固定一刻度尺;b.以弹簧的伸长量x为纵坐标,以弹簧的弹力F为横坐标,根据测量的数据在坐标系中描点,并用一条平滑的线连接起来;c.写出弹簧的弹力与弹簧形变量的关系式,并对该关系式中的常量进行解释;d.从刻度尺上读出弹簧下端不悬挂钩码时,弹簧下端所对应的刻度尺上的刻度值,记为l0;
e.在弹簧的下端依次悬挂1、2、3、4、…个钩码,当弹簧稳定时,依次读出弹簧下端所对应的刻度值,分别记为l1、l2、l3、l4、…并将对应的数据记录在表格中,随后将钩码取下。请将以上实验步骤按照正确的顺序排列,将步骤前的字母填在横线上:____________。 
解析:(1)图像后半段向上弯曲表明弹簧已经超过了其弹性限度;若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选与弹簧A相同的弹簧,因为与弹簧A相同的弹簧的劲度系数较小,较小的力就能使与弹簧A相同的弹簧发生较明显的形变,便于测量。(2)实验步骤的排列顺序为adebc。
【例2】 某实验小组同学,用铁架台、弹簧和多个质量均为m=50 g的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系,如图甲所示。
(1)该组同学在做该实验时,依次在弹簧下端挂上钩码,并在表格内分别记下钩码静止时弹簧下端指针所对应的刻度,记录数据如下:
当挂2个钩码时,指针对应刻度如图甲所示,将指针示数填入表格;在以弹簧弹力为纵轴、指针对应刻度l为横轴的坐标系中,如图乙所示,描点画出第2组对应的数据点,并连线得到F-l图像。请根据图像分析:①弹簧原长为　　　　 cm; ②弹簧的劲度系数k=　　　 (结果保留两位有效数字)。 
(2)弹簧与绳有一点相似之处,都可以认为是一个传递力的媒介。某位同学根据这个观点推广认为:将两个同样的弹簧串接在一起后,弹簧的劲度系数k与原来一样。你认为他的想法正确吗?　　　　　　　　。解释一下你的理由:　 。 
两个劲度系数相同的弹簧串接在一起,施加相同的外力后,与单独一个弹簧相比,弹簧的伸长量变为原来的2倍,所以劲度系数发生改变
解析:(1)刻度尺的读数为13.70 cm描点并作图
①弹力为0时,弹簧原长为11.40 cm。②根据胡克定律F=kx可知,图像斜率的物理意义为弹簧的劲度系数k=0.42 N/cm。(2)不正确。两个劲度系数相同的弹簧串接在一起,施加相同的外力后,与单独一个弹簧相比,弹簧的伸长量变为原来的2倍,所以劲度系数发生改变。
【例3】 某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图所示,一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80 m/s2)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88 cm。
(1)将表中数据补充完整:____________;____________。 
(3)图中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k=__________________________________N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系表达式为k=________________________N/m。
1.在探究弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系实验中,某实验小组根据实验数据获得如图所示的图像。
(1)该弹簧的劲度系数是____________ N/m。 (2)实验中,操作者从弹簧的原长用力缓慢地拉伸到伸长量为x=40 cm时,拉力对弹簧做功____________ J,此时弹簧的弹性势能是____________ J。
2.(2022·辽宁名校联盟联考)橡皮条也像弹簧一样,在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比,即F=kx,k的值与橡皮条未受到拉力时的长度l、横截面面积S有关,理论与实践都表明 ,其中Y是一个由材料决定的常数,材料力学上称之为杨氏模量。(1)在国际单位制中,杨氏模量Y的单位应该是　　　。 A.ND.Pa
(2)有一段横截面是圆形的橡皮条,应用图甲所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先测出不挂钩码时橡皮条下端对应的标尺刻度,然后在橡皮条下端挂上钩码,并逐个增加钩码,测出橡皮条下端对应的标尺刻度,所得数据如下表:(重力加速度g取9.8 m/s2)
根据所测数据,在图乙中作出标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。
(3)利用测量工具测得橡皮条的长度l=20.00 cm,橡皮条未受到拉力时的直径D=4.000 mm,那么根据所测的数据推测,这种橡皮条的杨氏模量Y=　　　　 (结果保留两位有效数字)。 
3.9×105 Pa
已知k的单位是N/m,l的单位是m,S的单位是m2,所以Y的单位是N/m2,也就是Pa,故A、B、C错误,D正确。(2)根据表格中的数据,描点作图,如图所示。
刻度尺、已知质量且质量相等的钩码
(3)下表是在实验中所得到的实验数据:
然后他们又将实验中A、B两弹簧的实验数据在同一F-x 坐标中进行了描点,并且已经用光滑的曲线连在了一起,得到了如图所示的图线。请根据弹簧C的实验数据在给定的坐标中作出弹簧C的F-x图像。
(4)根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系?
同一根弹簧上截下的几段,越短的,劲度系数越大