探究弹簧弹力与伸长的关系上课用.ppt

弹簧受到拉力会伸长 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 这样弹力的大小可以通过测定外力而得出 可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力 弹簧的伸长可用直尺测出 多测几组数据 用列表或作图的方法探索出弹力与弹簧伸长的定量关系 实验原理 实验器材 实验目的 探索弹力与弹簧伸长的定量关系 并学习所用的科学方法 弹簧 不同的多根 直尺 钩码 2 如图所示 将弹簧一端固定 另一端挂上砝码 钩码 待弹簧平衡后 记录下弹簧的长度及砝码的重量 然后改变砝码的质量 再读出几组数据 实验步骤 3 将数据记录在表格中 弹簧原长l0 cm 1 用直尺测出弹簧的原长l0 用F表示弹簧的弹力 用l0表示弹簧原长 用l表示弹簧现长 用x表示弹簧的伸长 则x l l0 5 探索结论 按照F x图象中各点的分布与走向 尝试做出一条平滑的曲线 包括直线 所画的点不一定正好在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 尝试写出曲线所代表的函数 首先尝试F x是否为一次函数 如果不行则考虑二次函数或其它函数 6 解释函数表达式中常数的物理意义 4 根据测量数据画出F x图象 以F为纵轴 以x为横轴 4 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 注意事项 1 每次增减砝码测有关长度时 均需保证弹簧及砝码不上下振动而处于静止状态 否则 弹簧弹力将可能与砝码重力不相等 2 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 3 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 四 实验改进在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 也可以不测量弹簧的自然长度 而以弹簧的总长作为自变量 弹力为函数 作出弹力随弹簧长度变化的关系图线 这样可避免因测量弹簧的自然伸长而带来的误差 2010年日照模拟 利用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验 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 g取10m s2 例 1 在图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 图2 4 2 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之间的函数关系图线如图2 4 3所示 将弹簧上端固定在支架上 下端挂上砝码 质量已知为m 测出弹簧伸长x 探索与研究 用一个支架 一根弹簧 一把直尺和一个已知质量的砝码 来测定某个不太重的物体有多重 该怎么做 解析 将砝码取下换上待测物体 测出弹簧种长x 待测物体的重为 例 下表是某同学为探索弹力和弹簧伸长的关系所测的几组数据 1 请你在图中的坐标线上作出F x图线 2 写出曲线所代表的函数式 x用cm作单位 3 解释函数表达式中常数的物理意义 3 弹簧每伸长1cm其弹力增加0 2N 解 1 见右图示 2 F 0 2x gk003 2008年高考理综北京卷21 2 21 2 14分 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 然后将最小刻度是毫米的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的砝码时 指针 指示的刻度数值记作L1 弹簧下端挂两个50g的砝码时 指针指示的刻度数值记作L2 挂七个50g的砝码时 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 测量记录表 实验中 L3和L7两个值还没有测定 请你根据上图将这两个测量值填入记录表中 L5 L6 6 85 14 05 解析 本实验用指针所对刻度尺示数标志指针位置 刻度尺读数应估读到最小刻度值的下一位 因所用刻度尺最小刻度是毫米 故应估读到毫米刻度下一位 结果应为 mm 毫米的下一位是估读的 若以厘米作单位 小数点后面应有两位即 cm 故选出L5和L6 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 所给刻度尺的读数差值表示四个钩码对弹簧的拉力所引起的形变 追寻前面三个差值的计算规律 即可得出L7 L3 7 20cm 请你给出第四个差值 d4 cm L7 L3 7 20 解析 题目 根据以上差值 可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量 用d1 d2 d3 d4表示的式子为 L 代入数据解得 L cm 1 75cm 计算弹簧的劲度系数k N m g取9 8m s2 解析 28 解见下页 由胡克定律 可求得 题目 第2页 解析 所给的刻度尺读数差值表示四个钩码对弹簧的拉力所引起的形变 设每个钩码质量为m0 对弹簧的拉力所引起的形变为 L 由胡克定律有 故 得 所以有 题目 第2页 第3页 在 探究弹簧弹力大小与伸长量的关系 实验中 甲 乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧 为测量橡皮绳的劲度系数 他们在橡皮绳下端面依次逐个挂下钩码 每个钩码的质量均为m 0 1kg 取g 10m s2 并记录绳下端的坐标X加i 下标i表示挂在绳下端钩码个数 然后逐个拿下钩码 同样记录绳下端的坐标X减i 绳下端面坐标的平均值Xi X加i X减i 2的数据如下表 1 同一橡皮绳的X加iX减i 大于或小于 2 同学的数据更符合实验要求 甲或乙 3 选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k N m 4 为了更好的测量劲度系数 在选用钩码时需考虑的因素有哪些 小于 乙 尽可能使伸长量在弹性限度内 同时有足够的伸长量 2 6分 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 增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大C 当所挂钩码数相同时 增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等D 增挂钩码时所挂钩码数过多 导致橡皮筋超出弹性限度 D 一位同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧长度改变量的关系 他的实验如下 在离地面为h的光滑水平桌面上 沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧 其左端固定 右端与质量为m的一小钢球接触 当弹簧处于自然长度时 小钢球恰好在桌子边缘 如图所示 让小钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放 使钢球沿水平方向射出桌面 小球在空气中飞行后落到水平地面上 水平距离为s 1 请你推导出弹簧弹性势能Ep与小钢球质量m 桌面离地面高度h 水平距离s等物理量的关系式 2 弹簧