高考物理总复习 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 实验目的 1 探究弹力和弹簧伸长的定量关系 2 学会用列表法和图象法处理实验数据 实验原理 1 如图实 1所示 在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 2 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了 实验器材 铁架台 弹簧 毫米刻度尺 钩码若干 三角板 坐标纸 重垂线 铅笔 实验过程 一 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 如图实 2所示 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 3 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 二 数据处理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 误差分析 1 弹簧拉力大小的不稳定会造成误差 因此 使弹簧的悬挂端固定 另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力 待稳定后再读数可以提高实验的准确度 2 弹簧长度的测量 是本实验的主要误差来源 所以 测量时尽量精确地测量弹簧的长度 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 例1 2014 临沂模拟 如图实 3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 考点一实验原理与操作 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 图实 3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的刻度尺上的刻度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 弹簧所受外力与对应的伸长量 或与弹簧对应的长度 3 取图象中 0 5 0 和 3 5 6 两个点 代入f kx可得k 200n m 由于弹簧自重的影响 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 弹簧所受外力与对应的伸长量 或与对应的长度 3 200弹簧自重 4 cbdaefg 规律总结 实验中要选取轻弹簧 尽可能减小弹簧重力产生的影响 根据胡克定律 弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比 因而实验中需做f x图象 其中x为弹簧的伸长量 突破训练 1 1 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 以下说法正确的是a 弹簧被拉伸时 不能超出它的弹性限度b 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力 应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态c 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量d 用几个不同的弹簧 分别测出几组拉力与伸长量 得出拉力与伸长量之比相等 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验 他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长 用直尺测出弹簧的原长l0 再把弹簧竖直悬挂起来 挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l 把l l0作为弹簧的伸长量x 这样操作 由于弹簧自身重力的影响 最后画出的图线可能是图中的 解析 1 实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象 在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力 以探索弹力与弹簧伸长量的关系 并且拉力和重力平衡 所以选a b 2 由于考虑弹簧自身重力的影响 当不挂钩码时 弹簧的伸长量x 0 所以选c 答案 1 ab 2 c 例2 利用如图实 4甲所示装置做 探究弹力和弹簧伸长的关系 实验 所用的钩码每只的质量为30g 实验中 先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端 稳定后依次测出相应的弹簧总长度 将数据填在表中 弹力始终未超过弹性限度 取g 10m s2 考点二实验数据的处理 1 在图实 4乙坐标系中作出弹簧弹力大小f跟弹簧总长度x之间的函数关系的图线 2 由图线求得该弹簧的劲度系数k n m 保留两位有效数字 解析 1 弹力大小f跟弹簧总长度x之间的函数关系图如图实线所示 答案 1 图见解析 2 27 点评 作图时应让图线通过尽可能多的点 有误差的点应均匀地分布在直线的两侧 在求图线的斜率时 应选取图线上的点求解 而不能选取测量的数据求解 突破训练 2 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 方向 填 水平 或 竖直 2 弹簧自然悬挂 待弹簧 时 长度记为l0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记为lx 在砝码盘中每次增加10g砝码 弹簧长度依次记为l1至l6 数据如下表 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知所用刻度尺的最小分度为 3 如图实 5所示是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 的差值 填 l0 或 lx 4 由图可知弹簧的劲度系数为 n m 通过图和表可知砝码盘的质量为 g 结果保留两位有效数字 重力加速度取9 8m s2 解析 1 弹簧的轴线必沿重力方向 竖直向下 只有当弹簧轴线与刻度尺平行时 刻度尺读数才能准确反映弹簧的长度 故都应在竖直方向 2 当弹簧静止时 刻度尺读数才准确 从表中数值可知 刻度尺的精确度为1mm 故应估读到0 1mm 因此l3数值记录不规范 3 由m0g k lx l0 和m0g nmg k ln l0 得nmg k ln lx 所以横轴应为弹簧长度与lx的差值 答案 1 竖直 2 静止l31mm 3 lx 4 4 910 一 实验方案的创新在本实验中 由于弹簧自身重力的影响 所作出的f x图线不过坐标原点 本实验可作如下改进 将弹簧水平放置 用钩码通过细线 定滑轮对弹簧施加水平作用力 例3 2014 郑州模拟 在 探究弹簧弹力和伸长量的关系 实验中 采用如图实 6甲所示的实验装置 利用钩码的重力对弹簧提供恒定的拉力 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总长度 1 有一个同学通过以上实验 已经把6组数据对应的坐标在坐标系中描出 请作出f l图象 2 请根据你作的图象得出该弹簧的原长l0 cm 劲度系数k n m 3 根据该同学的实验情况 请你帮助他设计一个记录实验内容及数据的表格 不必填写实验测得的具体数据 4 该同学实验时 把弹簧水平放置进行测量 与通常将弹簧悬挂进行测量相比较 优点是 缺点是 解析 1 用平滑的曲线将各点连接起来 如图所示 2 由f k l l0 知 图象的横轴截距表示l0 斜率表示劲度系数 由图象可知横轴截距为l0 5cm 斜率为劲度系数k 20n m 3 记录数据的表格如下表所示 4 水平放置弹簧时 弹簧的形变量与弹簧自重无关 只与钩码的重力有关 这是它的优点 但这种情况弹簧与桌面及绳子与滑轮间的摩擦力对实验效果的影响较大 造成实验误差 这是缺点 答案 1 见解析 2 520 3 见解析 4 避免弹簧自身所受的重力对实验的影响弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差 问题感悟 1 根据所给实验数据描点 然后作出平滑曲线 或直线 注意所画的线不一定过所有点 原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线 或直线 的两侧 描点