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力学实验2：弹簧弹力与形变量的关系

类型

角度

考查要素

考查内容

教材实验:探究弹簧弹力与形变量的关系

弹簧弹力与形变量的关系（5年4考）

数据处理

表格数据处理；胡克定律的应用；

图像作图；形变量的计算

总结：

（1）类型角度：除了考查探究弹簧弹力与形变量的关系、测量弹簧的劲度系数，也会结合生活中的问题应用弹簧特点测量其他物理量。

（2）设问特点：对于表格的数据处理，已知表格数据考查绘制图像或刻度尺读数；对于生活现象的解释，通过表格数据、坐标图像计算弹簧的形变量、劲度系数等。

考点1基本实验要求

实验目的

（1）探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系

（2）培养学生实验探究的科学方法

2.实验原理

弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大.

3.实验器材

铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸.

实验步骤

（1）安装实验仪器(如图下所示).

（2）测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据

（3）根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标.

（4）按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同.

（5）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，如果不行再考虑二次函数.

考点2数据处理及注意事项

数据处理

（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.

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3实验创新设计

本实验需要测量的物理量是弹力和弹簧的伸长量，命题创新的方向有:

实验器材创新

（1）将弹簧平放在桌面上，消除弹簧自身重力的影响；

（2）利用计算机及传感器技术,得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象；

（3）将弹簧换为橡皮条.

2.数据处理创新

（1）运用来处理数据

（2）将“弹力变化量”转化为“质量变化量”；

（3）将“弹簧伸长量”转化为“弹簧长度变化量”

A.高考真题感知

1．（2023·浙江·统考高考真题）如图所示，某同学把A、B两根不同的弹簧串接竖直悬挂，探究A、B弹簧弹力与伸长量的关系。在B弹簧下端依次挂上质量为m的钩码，静止时指针所指刻度、的数据如表。

钩码个数

0

1

2

…

xA/cm

7.75

8.53

9.30

…

xB/cm

16.45

18.52

20.60

…

钩码个数为1时，弹簧A的伸长量cm，弹簧B的伸长量cm，两根弹簧弹性势能的增加量（选填“=”、“”或“”）。

【答案】0.781.29

【详解】[1]钩码个数为1时，弹簧A的伸长量

[2]弹簧B的伸长量

[3]根据系统机械能守恒定律可知两根弹簧的重力势能减少量等于弹簧增加的弹性势能和空气阻力的热能

2．（2022·湖南·统考高考真题）小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等，设计了如图（a）所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下：

（1）查找资料，得知每枚硬币的质量为；

（2）将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋，测量每次稳定后橡皮筋的长度，记录数据如下表：

序号

1

2

3

4

5

硬币数量/枚

5

10

15

20

25

长度

10.51

12.02

13.54

15.05

16.56

（3）根据表中数据在图（b）上描点，绘制图线；

（4）取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图（c）所示，此时橡皮筋的长度为；

（5）由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为（计算结果保留3位有效数字）。

【答案】见解析15.35127

【详解】（3）[1]根据表格标点连线如图

（4）[2]由图可知刻度尺的分度值为1mm，故读数；

（5）