高三物理一轮复习 第2章 第4讲 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

浙江专用物理 第4讲实验二 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关系 2 培养学生进行实验探究的科学方法 实验原理物体发生弹性形变时 会产生弹力 弹性形变越大 弹力也越大 弹力的方向指向物体恢复形变的方向 当竖直弹簧的下端挂上钩码时 弹簧被拉长而发生形变 产生向上的弹力 由二力平衡条件可知 钩码静止时 弹簧的弹力等于钩码的重力 当钩码的重力增大时 弹簧的弹力也将相应地增大 故弹簧伸长量更大 所以 研究弹簧的弹力与弹簧伸长量之间的关系 可以转移到研究弹簧的伸长量与所挂钩码的重力的关系 实验中 在不超出弹簧的弹性限度的情况下 不断改变悬挂钩码的重力 得到若干组弹簧的弹力f 等于钩码的重力 与弹簧伸长量x的值 将每组值在f x图上画出一个相应的点 分析这些点所组成的图线 就可以找出弹簧的弹力与弹簧伸长量之间的关系 实验器材铁架台 弹簧 钩码 刻度尺 坐标纸等 实验步骤1 将铁架台在水平实验桌上放稳 将金属横杆水平固定在铁架台上 2 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 3 如图所示 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 并得出弹簧的伸长x1 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x2 x3 x4 x5 5 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 6 以弹簧的伸长量为自变量 写出图线所代表的函数 首先尝试一次函数 如果不行则考虑二次函数 7 得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系 解释函数表达式中常数的物理意义 误差分析1 钩码标值不准确 弹簧长度测量不准确带来误差 2 画图时描点及连线不精确也会带来误差 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图线上 但应注意一定要使各点均匀分布在图线的两侧 5 要使用轻质弹簧 且要尽量多测几组数据 6 记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位 7 要认识系数k的物理意义 即在伸长量一定时 k越大 弹力也越大 它反映了弹簧的 度 如果用另一个弹簧重做这个实验 比较两个弹簧的结果会更好地认识这一点 如果实验中作图时不用弹簧的伸长量而用弹簧的长度 得到的不是正比例函数 关系较为复杂 因此最好用弹簧的伸长量 如果弹簧伸长量的单位用米 力的单位用牛 函数表达式中常数的单位是牛每米 即n m 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 1 答案ab本实验应以需要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 以改变对弹簧的拉力 来探究弹力与弹簧伸长的关系 a b正确 c选项弹簧伸长量应为加钩码后长度减去弹簧原长 d项中应用同一根弹簧 c d错误 2 某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 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作为弹簧的伸长长度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 2 答案c弹簧竖直悬挂起来 由于受重力 会伸长 所以f 0时 伸长量x 0 故c对 3 某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 设计了如图所示的实验装置 所用的钩码质量都是30g 他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 然后再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端 每次都测出相应的弹簧总长度 将数据填在了下面的表中 弹力始终未超过弹性限度 g取9 8m s2 1 完成上面表格 再根据这些实验数据在下面的坐标系中作出弹簧所受弹力大小f跟弹簧总长l之间的函数关系图像 说明图线跟横轴交点的横坐标的物理意义 2 上一问所得图线的物理意义是 该弹簧的劲度系数k 3 答案 1 表格及图像见解析表示弹簧的原长 2 弹簧弹力大小和弹簧伸长量大小成正比25 4n m解析 1 弹力的大小等于钩码所受的重力 即f mg 根据实验数据在坐标系中描出的点 基本上在同一条直线上 可以判定f和l间是一次函数关系 画一条直线 使尽可能多的点落在这条直线上 不在直线上的点均匀地分布在直线两侧 函数关系图像如图所示 该图线跟横轴交点的横坐标表示弹簧的原长 2 图线的物理意义是弹簧弹力大小和弹簧伸长量大小成正比 由此可得k 25 4n m 典例1某同学在做 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 弹簧的弹力用f表示 弹簧未挂钩码时的长度用l0表示 弹簧挂上钩码后的长度用l表示 弹簧的伸长量用x表示 x l l0 该同学记录的数据如下表 1 根据这些数据作出f x图像和f l图像 2 根据图像得到的结论是 3 尝试写出f和x的数值关系表达式 并解释表达式中常数的物理意 解析 1 如图所示 2 f随l的增大而均匀增大 但不成正比 只是一次函数关系 但f与x成正比 3 f kx 因为k 98n m 故f 98x k 98n m的物理意义是 要使该弹 簧伸长1m 必须沿弹簧方向施加98n的力 答案见解析 典例2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长度的关系 1 为完成实验 还需要的实验器材有 2 实验中需要测量 记录 的物理量有 3 图乙是弹簧所受弹力f与弹簧伸长长度x的f x图像 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 解析 1 因需测弹簧长度 故还需要刻度尺 2 需要测量 记录 的物理量有弹簧的原长 悬挂钩码的个数以及与弹力 外力 对应的弹簧长度 3 根据胡克定律 在f x图像中 k 解得k 200n m 图线不过原点 原因是实验中没有考虑 或忽略了 弹簧的自重或在弹簧没有处于竖直悬挂状态时测量它的原长 答案 1 刻度尺 2 弹簧原长 悬挂钩码的个数以及与弹力对应的弹簧长度 3 200忽略弹簧的自重或在弹簧没有处于竖直悬挂时测量它的原长 典例3某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系 并测弹簧的劲度系数k 做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上 然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧 并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上 当弹簧自然下垂时 指针指示的刻度数值记作l0 弹簧下端挂一个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作l1 弹簧下端挂两个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作l2 挂七个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作l7 下表记录的是该同学已测出的6个值 其中有两个数值在记录时有误 它们的代表符号分别是和 实验中 l3和l7两个值还没有记录 请你根据图将这两个测量值填入记录表中 为充分利用测量数据 该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差 分别计算出了三个差值 d1 l4 l0 6 90cm d2 l5 l1 6 90cm d3 l6 l2 7 00cm 请你给出第四个差值 d4 cm 根据以上差值 可以求出每增加一个50g钩码时弹簧的平均伸长量 l l用d1 d2 d3 d4表示的式子为 l 代入数据解得 l cm 弹簧的劲度系数k n m g取9 8m s2 cm 7 20cm 每增加4个钩码弹簧的平均伸长量 l1 则每增加1个钩码弹簧的平均伸长量 l 代入数据求得 l 1 75cm 由f k l得k n m 28n m 答案 l5l6 6