高考物理大一轮复习 第二章 第4讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

实验目的 1 探究弹力和弹簧伸长之间的关系 2 学会利用图象法处理实验数据 实验原理 1 如图所示 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 铅笔 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 并算出弹簧的伸长量x1 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 和相应的弹簧长度l2 l3 l4 并算出每次弹簧的伸长量x2 x3 x4 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 尽量精确地测量弹簧的长度 也是减小实验误差的基本方法 3 描点 作图不准确 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 1 下列关于弹簧弹力与弹簧伸长的关系实验的说法正确的是 a 实验中弹力f的具体数值必须计算出来b 如果没有测出弹簧原长 用弹簧长度l代替伸长量 l f l图象也是过原点的一条线c 利用f l图象可求出k值d 实验时要把所有点连到直线上 才能得到真实规律答案c弹簧的弹力等于钩码的重力 用质量代替钩码重力也可得出弹簧的弹力与伸长量之间的关系 所以a选项错 f l图象过原点 f l图象一定 不过原点 b选项错 画图象时 让大多数点落在图线上 少数点均匀分布在图线两侧 d选项错 由胡克定律有f k l kl kl0 知f l图线的斜率表示k 选项c正确 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让其自然下垂 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 l 得k n m 50n m 答案1050解析由图象可知f 0时 l0 10cm 即弹簧的自然长度为10cm 根据f k 3 某同学在做 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 设计了图甲所示的实验装置 他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将钩码逐个挂在弹簧的下端 每次都测出相应的弹簧总长度 将数据填在下面的表中 弹簧始终在弹性限度内 1 根据实验数据在图乙的坐标纸上已描出了前四次测量的弹簧所受弹力大小f跟弹簧总长度x之间的函数关系点 请把第5 6次测量的数据对应的 点描出来 并作出f x图线 2 图线跟x坐标轴交点的物理意义是 3 该弹簧的劲度系数k 保留两位有效数字 2 弹簧的原长 3 42n m解析 1 应使尽量多的点落在直线上 不在直线上的点应均匀分布在直 答案 1 图线如图所示 线两侧 2 由图象知 f 0时 x0 6cm 即弹簧的原长为6cm 3 由胡克定律f kx 有k 从图象上读取数据代入可求结果 4 用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数 被测弹簧一端固定于a点 另一端b用细绳绕过定滑轮挂钩码 旁边竖直固定一分度值为1mm的刻度尺 当挂两个钩码时 绳上一定点p对应刻度如图乙中ab虚线所示 再增加一个钩码后 p点对应刻度如图乙中cd虚线所示 已知每个钩码质量为50g 重力加速度g 9 8m s2 则被测弹簧的劲度系数为n m 挂三个钩码时弹簧的形变量是cm k n m 70n m挂三个钩码时 可列方程 m m m g kx x m 21 10 3m 2 10cm 答案702 10解析对钩码进行受力分析 根据平衡条件 得mg kx 典例1 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 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 一 实验中应注意的问题 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 b 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 ab 2 c 解析本题主要考查使用弹簧时应注意的问题 还有用图象法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系 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 改变对弹簧的拉力 来探索弹力与弹簧伸长量的关系 所以选a 二 实验数据的处理典例2下表是某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中所测的几组数据 1 请你在图中坐标纸上作出f x图线 2 写出图线所代表的函数表达式 3 解释函数表达式中的常量的物理意义 4 若弹簧的原长为40cm 并且以弹簧的总长lx为自变量 请你写出它的函数表达式 解析 1 根据表中数据描点 按照图中各点的分布与走向 应作出一条直线 如图所示 2 设图线斜率为k 由数学知识 f kx c 在图线上取较远的两点 可以减 小误差 如点 9 80 2 0 与 2 31 0 5 并代入上式可得k 0 2n cm c 0 04 所以函数表达式为 f 0 2x 0 04