高考物理 探究弹力于弹簧伸长的关系基础知识自学课件.pptVIP

二 实验原理1 如图所示 弹簧在下端悬挂钩码时会伸长 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 2 用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x 建立坐标系 以纵坐标表示弹力大小f 以横坐标表示弹簧的伸长量x 在坐标系中描出各点 x f 然后用平滑的曲线连结起来 根据实验所得的图线 就可探知弹力大小与伸长量之间的关系 三 实验器材轻质弹簧一根 钩码一盒 刻度尺 重锤 坐标纸 三角板 一 实验目的1 探究弹力与弹簧伸长的关系 2 掌握利用图象研究两个物理量之间关系的方法 探究弹力与弹簧伸长的关系 1 如图所示 将铁架台放于桌面上 固定好 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 在挨近弹簧处将刻度尺 最小分度为mm 固定于铁架台上 并用重锤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 3 在弹簧下端挂上一个钩码 待钩码静止后 记下弹簧下端所对应的刻度l1 4 用上面方法 记下弹簧下端挂2个 3个 4个 钩码时 弹簧下端所对应的刻度l2 l3 l4 并将所得数据记录在表格中 5 用xn ln l0计算出弹簧挂1个 2个 3个 钩码时弹簧的伸长量 并根据当地重力加速度值g 计算出所挂钩码的总重量 这个总重量就是弹簧弹力的大小 将所得数据填入表格 6 在坐标纸上建立坐标系 以弹力为纵坐标 弹簧伸长量为横坐标 描出每一组数据 x f 所对应的点 7 根据所描各点的分布与走向 作出一条平滑的曲线 不能画成折线 8 以弹簧伸长量为自变量 弹力大小为因变量 写出曲线所代表的函数 首先尝试写成一次函数的形式 如果不行 写成二次函数的形式或其他形式 9 研究并解释函数表达式中常数的物理意义 四 实验步骤 五 注意事项1 安装时 要保持刻度尺竖直并靠近弹簧 2 实验时 要尽量选择长度较大 匝数较多 但软硬程度 劲度系数 适中的弹簧 以每挂一个钩码 20g 弹簧伸长量增大1 2cm为宜 3 读取弹簧下端所对应的刻度时 要用三角板 并且视线垂直于刻度 力求读数准确 并且要等钩码静止时 再读数 4 实验中悬挂钩码时注意不要太多 以免弹簧被过分拉伸 超过弹簧的弹性限度 5 要使用轻质弹簧 且要尽量多测几组数据 6 建立坐标系时 要选择合适标度 以使所画曲线占据整个坐标纸 7 画图线时 不一定要让所有各点都正好在曲线上 但应注意使曲线两侧的点大致相同 偏离太远的点要舍弃 六 误差分析本实验的误差主要来自以下两个方面 1 弹簧的长度测量不精确 2 描点 画图不精确 在物理学中经常用图象处理物理问题 要特别注意 图线斜率的意义 或曲线切线斜率的意义 图线与纵轴 横轴交点的物理意义 考点1 实验原理及实验操作的考查 例1 在 探究弹力与弹簧伸长的关系 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 ab 解析 在这个实验中 需要测定弹力及其对应的弹簧长度 并且要测量多次 减少偶然误差 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 所以选项a b正确 c d错误 做 探究弹力与弹簧伸长的关系 的实验步骤如下 a 以弹簧伸长量为横坐标 以弹力大小为纵坐标 描出各组数据 x f 对应的点 并用平滑的曲线连结起来 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 也可在横梁的另一侧挂上一定的配重 并将弹簧的一端系于横梁上 在弹簧附近竖直固定一刻度尺 d 依次在弹簧下端挂上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x为自变量 写出弹力大小f与伸长量x的关系式 首先尝试写成一次函数 如果不行 再尝试着写成二次函数 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起来 cbdaefg 考点2 实验数据的处理 例2 2010年高考浙江理综卷 在 探究弹簧弹力大小与伸长量的关系 的实验中 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 他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码 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 然后逐个拿下钩码 同样记录绳下端的坐标x减i 绳下端坐标的平均值xi x加i x减i 2的数据如下表 下标i表示挂在绳下端钩码个数 1 同一橡皮绳的x加i x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 为了更好地测量劲度系数 在选用钩码时需考虑的因素有哪些 解析 1 由甲 乙两同学测量数据看 橡皮绳所受拉力接近或超过了其弹性限度 其恢复能力要差一些 而且拉伸越长恢复能力越差 故x加i小于x减i 2 乙同学的数据更符合实验要求 每增加一个钩码橡皮绳形变量大致相同 而甲同学所用橡皮绳的形变量差别非常大 表明已超过了弹性限度 3 以乙同学数据作图象如图所示 4 尽可能使橡皮绳伸长量在弹性限度内 同时有足够大的伸长量 以减小长度测量误差 答案 1 小于 2 乙 3 63n m 4 见解析 解析 1 作出l f图线如图所示 2 图线斜率的倒数就是弹簧的劲度系数k k f l 4 00 1 10 0 241 0 22 n m 138n m 用一测力计水平拉一端固定的弹簧 以此来测定此弹簧的劲度系数k 测得的拉力f与弹簧长度l之间的数据如下表所示 1 请在如图所示的坐标系中作出l f的图线 2 此弹簧的劲度系数k n m 答案 1 如图所示 2 138 在误差允许范围内即可 考点3 拓展创新实验 例3 用金属制成的线材 如钢丝 钢筋 受到拉力会伸长 十七世纪英国物理学家胡克发现 金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长量与拉力成正比 这就是著名的胡克定律 这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础 现有一根用新材料制成的金属杆 长为4m 横截面积为0 8cm2 设计要求它受到拉力后的伸长量不超过原长的1 1000 问最大拉力多大 由于这一拉力很大 杆又较长 直接测试有困难 选用同种材料制成样品进行测试 通过测试取得数据如下 1 测得结果表明线材受拉力作用后 其伸长与材料的长度成 与材料的截面积成 2 上述金属细杆承受的最大拉力为 n 正比 反比 1 0 104 解析 1 由题中列表可看出 材料样品的伸长量与材料的长度成正比 与材料的截面积成反比 2 由表可看出 材料定长 定截面积时 拉力与伸长量的比例为定值 设1m长 截面积为0 05cm2的比例系数为k12m长 截面积为0 05cm2的比例系数为k21m长 截面积为0 10cm2的比例系数为k3则k1 f1 x1 250 0 04 10 2 n m 6 25 105n mk2 f1 x1 250 0 08 10 2 n m 1 2 6 25 105n mk3 f1 x1 250 0 02 10 2 n m 2 6 25 105n m由k1 k2 k3的值可得 比例系数k与长度l成反比 与截面积s成正比 故k s l k k s l求出k 设4m长 截面积为0 8cm2的比例系数为k0则k0 k1 x0 l0 0 05 1 即k0 6 25 105 0 8 4 0 05 1 所以k0 2 5 106n m又金属细杆最大伸长量为xm 4 1 1000 m 4 10 3m所以金属细杆承受的最大拉力为fm k0 xm 2 5 106 4 10 3n 1 0 104n 十七世纪英国物理学家胡克发现 在弹性限度内 弹簧的形变量与弹力成正比 这就是著名的胡克定律 受此启发 一组同学研究 金属线材伸长量与拉力的关系 的探究过程如下 a 有同学认为 横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内 其伸长量与拉力成正比 与截面半径成反比b 他们准备选用一些 由同种材料制成的不同长度 不同半径的线材 作为研究对象 用螺旋测微器 激光测距仪 传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律 以验证假设c 通过实验取得如下数据 d 同学们对实验数据进行分析 归纳后 对他们的假设进行了补充完善 1 上述科学探究活动的环节中 属于 制定计划 和 收集证据 的环节分别是 填字母代号 2 请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确 若有错误或不足 请给予修正 3 求出这种线材的