高三物理总复习 实验2 探究弹力和弹簧伸长量的关系课件 鲁科版.ppt

实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系 知识要点归纳 实验目的1 探究弹力和弹簧伸长量之间的关系 2 学会利用图象法处理实验数据 实验原理1 如图2 4 1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 图2 4 1 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量之间的定量关系了 实验器材铁架台 弹簧 毫米刻度尺 钩码若干 三角板 坐标纸 重垂线 铅笔 过程分析导引 一 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2 4 2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 图2 4 2 3 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 二 实验数据处理方法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量之间的定量关系 解释函数表达式中常数的物理意义 三 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的间距尽可能大 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 读数 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 四 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 实验典例精析 2011年福建调研 如图2 4 3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 图2 4 3 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 图乙是弹簧所受弹力f与弹簧伸长长度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 解析 1 根据实验目的可知还需要刻度尺以测量弹簧原长和形变量 2 根据实验目的 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 或与弹簧对应的长度 3 取图象中 0 5 0 和 3 5 6 两个计数点 代入f kx可得k 200n m 由于弹簧自重的原因 使得弹簧不加外力时就有形变量 4 根据完成实验的合理性可知先后顺序为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弹簧自重 4 cbdaefg 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 并测定弹簧的劲度系数 的实验中 实验装置如图2 4 4 所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总长度 图2 4 4 1 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图2 4 5中 请作出f l图线 图2 4 5 2 由此图线可得出该弹簧的原长l0 cm 劲度系数k n m 3 试根据以上该同学的实验情况 请你帮助他设计一个记录实验数据的表格 不必填写其实验测得的具体数据 4 该同学实验时 把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点在于 缺点在于 解析 1 用平滑的曲线将各点连接起来 如图2 4 6所示 图2 4 6 2 弹簧的原长l0即为弹力为零时弹簧的长度 由图象可知 l0 5 10 2m 5cm 劲度系数为图象直线部分的斜率 k 20n m 3 记录数据的表格如下表 4 优点是 避免弹簧自身所受重力对实验的影响 缺点是 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大 答案 见解析 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 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 小于 2 乙 3 由所给数据得改变量如下表所示 由上表作图得