高考物理一轮总复习 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版.ppt

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 实验过程 1 如图所示 将铁架台放在桌面上 固定好 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 在靠近弹簧处将刻度尺 最小分度为1mm 固定于铁架台上 并用重垂线检查刻度尺是否竖直 2 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0 即弹簧的原长 3 在弹簧下端挂上钩码 待钩码静止时测出弹簧的长度l 求出弹簧的伸长x和所受的外力f 等于所挂钩码的重力 4 改变所挂钩码的数量 重复上述实验 要尽量多测几组数据 将所测数据填写在表格中 记录表 弹簧原长l0 cm 5 以力为纵坐标 以弹簧的伸长为横坐标 根据所测数据在坐标纸上描点 6 按照图中各点的分布与走向 作出一条平滑的图线 所画的点不一定正好都在这条图线上 但要注意使图线两侧的点数大致相同 7 以弹簧的伸长为自变量 写出图线所代表的函数表达式 并解释函数表达式中常数的物理意义 误差分析 1 弹簧竖直悬挂时 未考虑弹簧自身重力的影响造成系统误差 为此要尽量选择质量较小的弹簧 2 弹簧长度的测量造成偶然误差 为了减小这种误差 要尽量多测几组数据 3 作图时的不规范造成偶然误差 为了减小这种误差 画图时要用细铅笔作图 所描各点尽量均匀分布在直线的两侧 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适当大一些 从而使坐标点的间距尽可能大 这样作出的图线准确度更高一些 3 测弹簧长度时 一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量 以免增大误差 4 描点画线时 所描的点不一定都落在一条直线上 但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧 5 记录实验数据时要注意弹力 弹簧的原长l0 总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位 6 坐标轴的标度要适中 实验改进 本实验的系统误差来自弹簧的重力 所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响 1 一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆 在水平方向做实验 2 另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧 通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度 3 利用计算机及传感器技术 将弹簧水平放置 且一端固定在传感器上 传感器与计算机相连 对弹簧施加变化的作用力 拉力或推力 时 计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像 如图甲 乙所示 分析图像得出结论 热点1实验原理及实验误差的分析 典例1 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 3个 4个 钩码 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 标准解答 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 取图像中 0 5 0 和 3 5 6 两个点 代入 f k x可得k 200n m 由于弹簧自身的重力 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 弹簧所受外力及对应的伸长量 或与弹簧对应的长度 3 200弹簧自身重力 4 cbdaefg 热点2实验数据的处理 典例2 2014 厦门模拟 某实验小组做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 实验时 先把弹簧平放在桌面上 用直尺测出弹簧的原长l0 4 6cm 再把弹簧竖直悬挂起来 在下端挂钩码 每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度x 数据记录如表所示 1 根据表中数据在图中作出f x图线 2 由此图线可得 该弹簧劲度系数k n m 3 图线与x轴的交点坐标大于l0的原因是 标准解答 1 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 依据实验数据描出的点有时不会完全在一条直线上 这时所作直线应尽量多的通过这些点 并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线两侧 明显与其他的点相差很远的点应该舍去 该题中所给出数据恰好可以在一条直线上 所以直接描点由直尺作图即可 2 在弹性限度内 弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比 由 f k x得即图线的斜率为弹簧的劲度系数 代入数据可计算得k 50n m 3 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 平放时稍短一些 量取l0时 应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上 让其自然下垂 再用毫米刻度尺量得其自然状态下的原长 答案 1 如图所示 2 50 3 弹簧自身重力的影响 1 1 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 以下说法不正确的是 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 用几根不同的弹簧 分别测出几组拉力与伸长量 得出拉力与伸长量之比不一定相等 2 某同学做 探究弹力和弹簧伸长的关系 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 解析 1 本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 在竖直方向上改变对弹簧的拉力 来探究弹力与弹簧伸长的关系 对于不同的弹簧 一般不同 所以选项c不正确 2 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 c 2 c 2 某同学在做 研究弹簧的形变与外力的关系 实验时 将一轻弹簧竖直悬挂并让其自然下垂 测出其自然长度 然后在其下部施加外力f 测出弹簧的总长度l 改变外力f的大小 测出几组数据 作出外力f与弹簧总长度l的关系图线如图所示 实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的 由图可知该弹簧的自然长度为 cm 该弹簧的劲度系数为 n m 解析 当外力f 0时 弹簧的长度即原长为l0 10cm 图线的斜率就是弹簧的劲度系数 即k 102n m 50n m 答案 1050 3 表中是某同学为 探究弹力与弹簧伸长的关系 的实验所测的几组数据 1 请你在图中的坐标纸上作出f x图线 2 写出图线所代表的函数式 x用m为单位 3 写出函数表达式中常数的物理意义 4 若弹簧的原长为40cm 并且以弹簧的总长度l为自变量 写出函数表达式 以n和m为单位 解析 1 以弹簧的伸长量x为横轴 以弹簧的弹力f为轴 将x轴每一小格取为1cm f轴每一小格取为0 25n 将各点描到坐标纸上 并连成平滑的曲线 如图所示 2 由图像得f与x的函数关系式可写为f kx 而k 20n m 故f 20 x 3 函数表达式中的常数表示该弹簧每伸长 或压缩 1m 其弹力增加20n 4 弹簧伸长量x l 0 4 m 代入 2 中关系式得 f 20 l 0 4 答案 1 见解析 2 f 20 x 3 弹簧每伸长 或压缩 1m 其弹力增加20n 4 f 20 l 0 4 4 为了测量某一弹簧的劲度系数 将该弹簧竖直悬挂起来 在自由端挂上不同质量的砝码 实验测出了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据 其对应点已在图上标出 g 9 8m s2 1 作出m l的关系图线 2 弹簧的劲度系数为 n m 解析 1 如图所示 让直线通过尽可能多的点 2 从图像中取两相距较远的点 利用k 求出 k等于0 248n m到0 262n m之间某值 答案 1 见解析 2 0 248 0 262之间的任一值均正确 5 某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系实验时 将原长约200mm的橡皮筋上端固定 在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码 质量均为20g 每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量 当挂上10只钩码后 再逐一把钩码取下 每取下一只钩码 也记下对应的橡皮筋伸长量 根据测量数据 作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量 l与拉力f关系的图像如图所示 从图像中可以得出 填选项前的字母 a 增挂钩码时 l与f成正比 而减挂钩码时 l与f不成正比b 当所挂钩码数相同时