2020版高考物理一轮复习专题2.4实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系（精讲）（含解析）

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1、实验二　探究弹力和弹簧伸长量的关系1．了解弹力与弹簧伸长量的定量关系。2．会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。【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、图象法研究物理量之间的关系。【实验原理】1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。2．用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。3．弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计

2、算．这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系．即寻求F＝kx的关系。【实验器材】弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。【实验步骤】1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。2．如图2－4－1所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力，填写在记录表格里。3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次。【实验数据的处理】1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得

3、出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。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。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。【实验误差的来源】1．弹簧长度的测量误差。2．描点画线的作图误差。【注意事项】1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．要注意观察，适可而止。2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差。4．描

4、点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。【方法规律】(1)列表法将测得的F、x填入设计好的表格中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的。(2)图象法以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线，是一条过坐标原点的直线。(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系。2．注意事项(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹

5、簧的弹性限度。(2)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。(4)统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。3．误差分析(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差。考点一实验原理与操作【典例1】（2019·河北邢台一中模拟）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

6、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F－x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由于。(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来。B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0。C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺。D．依次在弹簧下端挂上1个、2个

7、、3个、4个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码。E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式．首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数。F．解释函数表达式中常数的物理意义。G．整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：.【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量．(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)．(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F

8、＝kx可得k＝200N/m，由于弹簧自身存在重力，使得弹簧不加外力时就有形变量．(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG.【答案】(1)刻度尺　(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)　(3)200　弹簧自身存在重力　(4)CBDAEFG【变式1】（2019·山东潍坊一中模拟）(1)在“探究弹力和弹