高考物理大一轮复习实验二探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系,实验准备 实验目的 (1)探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系. (2)学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法. 实验原理 (1)如图 S2-1 所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时,相等,弹簧产生的弹力与钩码重力大小_. 图 S2-1,(2)用_测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量 x， 建立坐标系，以_表示弹力大小 F，以_表 示弹簧的伸长量 x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F) 对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就 可探究弹力大小与伸长量之间的关系. 实验器材 轻质弹簧(一根)、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、重垂线、,坐标纸、三角板等.,刻度尺,纵坐标,横坐标,实验过程,实验步骤,铁架台,弹簧,刻度尺,竖直,(1)如图 S2-2 所示，将_放在桌面上(固定好)，将 _的一端固定在铁架台的横梁上，在接近弹簧处将 _(最小分度为 1 mm )固定于铁架台上，并检查刻度尺,是否_.,不挂钩码,图 S2-2 (2)记下弹簧下端_时所对应的刻度 L0.,(3)在弹簧下端挂上一个钩码，记下静止时弹簧所对应的刻,度 L1.,(4)用上面的方法，记下弹簧下端挂 2 个、 3 个、 4 个 钩码时，弹簧下端所对应的刻度 L2 、 L3、 L4，并将所得数 据记录在表格中.,数据处理,LnL0,总重力,总重力,(1)用 xn_计算出弹簧挂 1 个、2 个、3 个 钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值 g，计算出所 挂钩码的_，这个_就等于弹簧弹力的大小， 将所得数据填入表格. (2)以伸长量 x 为横轴、弹力 F 为纵轴建立坐标系，要注意 标上坐标轴表示的物理量及单位. (3) 在坐标轴上选择合适的标度( 能使数据布满整个坐标 系)，并将以上数据描点表示在图象中，描点时要留下痕迹. (4)将以上描点连线.要让尽可能多的点落在同一直线上，让 其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃. (5)这就是弹簧弹力的 F-x 图象，如果图象在误差范围内是 一条_的直线，那么说明弹簧弹力与弹簧的伸长量成,正比.,过原点,实验分析,注意事项,自然下垂,用毫米刻度尺,(1)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时 的长度不一样.量取 L0 时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹 上，让其_，再_量得自然状态下,的原长，否则图象将不过原点.,弹性限度,弹力,(2) 只有在_ 内，弹簧的_ 才与弹簧的 _成正比.所以在弹簧下挂钩码时，注意不要使弹簧所,受拉力超过其_.,伸长量,弹性限度,(3)若用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系，由于实 验误差，依据实验数据描成的点不完全在一条直线上.这时所作 直线应尽量多地通过这些点，并使不在直线上的点尽量均匀分 布在所作直线的两侧.明显与其他相差很远的点应该舍去. (4)如果实验中不用弹簧的伸长量而用弹簧的总长，得到的 图象将_.根据实验目的要用弹簧的_.如 果弹簧伸长量的单位用米，弹力的单位用牛，则函数表达式中,常数 k 的单位是牛每米，即 N/m.,不过原点,伸长量,误差分析 (1)本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差. (2)弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响. (3)为了减小误差，要尽量多测几组数据. 实验改进 1.实验原理的创新,甲,丙,乙 图 S2-3,2.数据处理的创新,(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉 力，存在弹簧自重的影响(如图 S2-3 甲所示)弹簧水平使用， 重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响(如图乙、 丙所示).,(2)图象的获得：由坐标纸作图得 F-x 图象由传感器和计,算机输入数据直接得 F-x 图象.,【基础检测】 1.(多选)如图 S2-4 甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上， 传感器与电脑相连.当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力) 时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系,),图象，如图乙所示.则下列判断正确的是( 图 S2-4,A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B.弹力增加量与对应的弹簧长度成正比 C.该弹簧的劲度系数是 200 N/m D.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变,解析：由图象知，F-x 是一个过原点的直线，k,20 0.10,N/m,200 N/m，可知 A 错误；弹力增加量与对应的弹簧长度的增 加量成正比，与对应的弹簧长度不成正比，B 错误. 答案：CD,2.(2015 年广东阳东一中、广雅中学联考)某同学利用如图 S2-5 甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实 验.,图 S2-5,(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态. (2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小 F 与弹簧长度 x 的关系图象.由此图象可得该弹簧的原长 x0_cm，劲度 系数 k_N/m.,(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当 弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度 x_cm.,答案：(1)竖直 (2)4 50 (3)10,考点 1 用图象法处理实验数据 重点归纳,在 F-x 图象中：,(1)图象的斜率表示弹簧的劲度系数大小.,(2)图象是过原点的一直线，若实验处理数据方法不一样， 导致图象与纵轴、横轴有交点，应具体分析交点所表示的物理 意义.,典例剖析,例 1：(2014 年新课标全国卷)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 S2-6 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，重力加速度 g 取 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：_；_.,图 S2-6,图 S2-7,(3)图 S2-7 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)的关系的表达式为 k_N/m.,【考点练透】,1.在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”的实验中，所 用装置如图 S2-8 甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传 感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于 下表中.,(1)以 x 为横坐标，F 为纵坐标，在如图乙所示的坐标纸上 描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量间的关系图线. (2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_(计算结果,保留 3 位有效数字).,甲,乙,图 S2-8,答案：(1)如图 D7 所示. 图 D7,(2)75.0 N/m,(74.076.0 N/m 均正确),2.(2015 年山东临沂模拟)如图 S2-9 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在弹性限度内弹簧弹 力与弹簧伸长量的关系.,甲,乙,图 S2-9,(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 图象，由此可,求出弹簧的劲度系数为_N/m.,(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、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，写出弹力与弹簧伸长量的关系 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：_.,答案：(1)刻度尺,(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应,的长度),(3)200,(4)CBDAEFG(或 CBDGAEF),考点 2 实验误差分析 重点归纳,本实验的误差主要来源于：弹簧拉力大小的不稳定、弹簧,长度的测量和作图.,典例剖析 例 2：(2015 年福建卷)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量 的关系”的实验. (1)如图 S2-10 甲所示是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标 尺刻度，其示数为 7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针 所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l 为_cm.,甲,丙,乙 图 S2-10,(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的 弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_.(填选项 前的字母),A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺,刻度和对应的钩码总重,B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和,对应的钩码总重,(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l 与弹力 F 的关系图 线，图线的 AB 段明显偏离直线 OA，造成这种现象的主要原因 是：_.,解析：(1)由图乙知，读数为 14.66 cm，所以弹簧伸长量为 (14.667.73) cm6.93 cm；(2)若随意增减砝码，会作图不方便， 有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项 A 正 确.(3)由图知 AB 段伸长量与弹力不成线性关系，是因为所挂钩 码重力超过弹簧弹力范围.,答案：(1)6.93 (2)A (3)所挂钩码重力超过弹簧弹力范围,【考点练透】,3.在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、 乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度 系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均 为 m0.1 kg，取 g10 m/s2)，并记录绳下端的坐标 x加i，然后 逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标 x减i，绳下端坐标的平,码个数),(1)同一橡皮绳的 x加i_x减i . (填“大于”或“小于”) (2)_同学的数据更符合实验要求. (填“甲”或“乙”) (3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m).,(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素,有哪些？,答案：(1)小于 (2)乙,(3)取乙同学的数据作图，如图 D8 所示.,图 D8,由图可得：k58 N/m.,(4)选用钩码的质量不能过大，否则很容易超出橡皮绳的弹 性限度，质量也不能过小，否则橡皮绳的形变量很小，测量误 差大.,4.某实验小组在探究弹力与弹簧伸长量