专题10探究弹力与弹簧伸长的关系（解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

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2023 届高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练
第二章 相互作用
专题 10 探究弹力与弹簧伸长的关系
第一部分 知识点精讲
一、基本原理与操作
原理装置图 操作要领
平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等
(1)安装：按照原理装置图安装实验仪器。
(2)操作：弹簧竖直悬挂，待钩码静止时测出
弹簧长度。
(3)作图：坐标轴标度要适中，单位要标注，
连线时要使各数据点均匀分布在图线的两
侧，明显偏离图线的点要舍去
二、数据处理
1．图象法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力 F为
纵轴，弹簧的伸长量 x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线。
2．列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，
弹力与弹簧伸长量的比值不变。
3．函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。
三、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，以免弹簧被过度拉伸，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。
四、误差分析
1．钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验
误差。
2．悬挂钩码数量过多，导致弹簧的形变量超出了其弹性限度，不再符合胡克定律(F＝
kx)，故图象发生弯曲。
3．水平放置弹簧测量其原长，由于弹簧有自重，将其悬挂起来后会有一定的伸长量，
故图象横轴截距不为零。
【创新领悟】
实验器材创新
(1)用橡皮筋代替弹簧做实验。
(2)拉力传感器显示的拉力 F与橡皮筋的弹力并不相等，仅为橡皮
筋弹力在水平方向的分力
实验
器材、
数据
处理
的创
新
(1)实验器材的创新：通过压力传感器记录力的变化，用压力传感器
测物体 B所受支持力的大小，但与弹簧弹力大小并不相等，二者差
值为 m0g。
(2)实验原理的创新：通过特殊的实验装置改变弹簧的弹力。
(3)物体 C下移的距离 x为弹簧压缩量的变化量，即 F＝m0g＋k(x0－
x)＝m0g＋kx0－kx，故 Fx 图象斜率的大小为弹簧的劲度系数
实验
方案
的创
新(1)实验方案的创新：让钩码浸入水中，通过细胶管向烧杯中缓慢注
水，依次浸没钩码，记录指针所指的刻度。
(2)实验数据处理方法的创新：xn和浸没钩码个数n的关系图象，求
图象斜率和纵截距，确定弹簧的劲度系数和每个钩码所受浮力
第二部分 最新高考题精选
3.（7分）（2021 年高考广东学业水平选择性测试）某兴趣小组测量一缓冲装置中弹
簧的劲度系数，缓冲装置如图8所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角
为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端，实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻
度尺，再将单个质量为 200g 的钢球(直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑
进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数 Ln，
数据如表1所示，实验过程中弹簧始终处于弹性限度内．采用逐差法计算弹簧压缩量，
进而计算其劲度系数．
（1）利用ΔLi＝Li＋3－Li，（i＝1，2，3）计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03cm，ΔL2＝
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