高考物理一轮复习 2.4实验：探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

第四讲实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 实验目的1 探究弹力与的定量关系 2 学会用列表法和图象法处理实验数据 3 培养学生对物理规律的探究能力 弹簧伸长 二 实验原理弹簧受力会发生形变 在竖直悬挂的轻弹簧下端悬挂钩码 平衡时弹力大小等于 用刻度尺量出弹簧的伸长量 改变钩码数量 重复上述实验 就可以定量地寻找弹力与弹簧伸长量之间的关系 钩码重力大小 三 实验器材铁架台 被探究的弹簧 钩码 若干 三角板 铅笔 重锤线 坐标纸 等 毫米刻度尺 四 实验步骤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 让其自然下垂 在靠近弹簧处将刻度尺 最小分度为1mm 固定于铁架台上 并用重锤线检查刻度尺是否竖直 2 用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0 即原长 3 如上图所示 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 4 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 五 数据处理1 根据所测数据在坐标纸上描点 最好以为纵坐标轴 以弹簧的为横坐标轴 2 按照图中各点的分布与走向 尝试作出一条平滑的曲线 包括直线 所画的点不一定正好都在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 3 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 如果不合适则考虑二次函数 4 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 弹簧弹力 伸长量 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 一 注意事项1 每次增减钩码测量有关长度时 均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态 否则 弹簧弹力将可能与钩码重力不相等 2 弹簧下端增加钩码时 注意不要超过弹簧的弹性限度 3 测量有关长度时 应区别弹簧原长l0 实际总长l及伸长量x三者之间的不同 明确三者之间的关系 4 建立平面直角坐标系时 两轴上单位长度所代表的量值要适当 不可过大 也不可过小 5 描线的原则是 尽量使各点落在描画出的线上 少数点分布于线两侧 描出的线不应是折线 而应是平滑的曲线 二 误差分析1 本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成的 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 可以提高实验的精确度 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 3 在f x图象上描点 作图不准确 三 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重的影响 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 传感器与电脑相连 如图甲所示 对弹簧施加变化的作用力 拉力或推力 时 电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象 如图乙所示 分析图象得出结论 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 例1 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 思路指导 实验中需要用刻度尺测量弹簧的原长和伸长量 该实验要探究弹簧 弹力与弹簧伸长量的定量关系 故应测量相应的物理量 在f x图象中 图线不过原点 在x轴上有截距 则说明在数据记录时弹簧的弹力上漏掉了某项外力 即实验中弹簧不能视为理想弹簧 弹簧的自重不能忽略 根据实验原理清楚实验步骤 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弹簧的伸长量 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 或与弹力相对应的长度 4 实验步骤的顺序为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弹簧的自重 4 cbdaefg 1 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 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相等 变式训练1 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 在 探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 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 所以选项a正确 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力 只有保证弹簧位于竖直状态且钩码处于平衡状态时 弹簧的弹力才等于钩码的重力 故选项b正确 用直尺测得弹簧的长度与弹簧的原长之差才是弹簧的伸长量 故选项c错误 不同的弹簧劲度系数不同 即拉力与伸长量的比值不同 故选项d错误 2 由于在水平桌面上测弹簧的原长l0 当把弹簧竖直悬挂起来后 即使不挂钩码 由于弹簧的自重 弹簧已伸长 x 也就说在f x图象中 当f 0时 x x 即选项c正确 答案 1 ab 2 c 2014年浙江卷 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 时 某同学把两根弹簧如图1连接起来进行探究 1 某次测量如图2所示 指针示数为 cm 例2 2 在弹性限度内 将50g的钩码逐个挂在弹簧下端 得到指针a b的示数la和lb如上表 用上表数据计算弹簧 的劲度系数为 n m 重力加速度g 10m s2 结果保留四位有效数字 由上表数据 填 能 或 不能 计算出弹簧 的劲度系数 思路指导 用毫米刻度尺测量弹簧长度时 注意毫米刻度的精确度和读数规则 根据胡克定律f k l l0 由表中数据可在f l图象中描点作图 图线应为一条直线 直线的斜率即为弹簧的劲度系数 只需测出弹簧 的形变量 结合两个指针的读数 指针b的变化量减去指针a的变化量 就是弹簧 的形变量 所以能求出弹簧 的劲度系数 答案 1 16 00 15 96 16 05均可 2 12 49 12 20 12 80均可 能 某同学在做 研究弹簧的形