【走向高考】高考物理总复习 第二章 实验（一）探究弹力与弹簧伸长量的关系实验课件.ppt

实验目的1 探究弹力与弹簧伸长的定量关系 2 学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法 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的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 在坐标系中描出实验所测得的各组 x f 对应的点 用平滑的曲线连接起来 根据实验所得的图线 就可探知弹力大小与伸长量的关系 实验器材轻质弹簧 一根 钩码 一盒 刻度尺 铁架台 重垂线 坐标纸 三角板 实验步骤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 并用重垂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力 这个总重力就等于弹簧弹力的大小 将所得数据填入表格 6 根据所测数据在坐标纸上描点 最好以弹簧弹力为纵坐标 以弹簧的伸长量为横坐标 7 按照图中各点的分布与走向 尝试作出一条平滑的曲线 包括直线 所画的点不一定正好都在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 8 以弹簧的伸长为自变量 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 9 解释函数表达式中常数的物理意义 数据处理根据所测数据在坐标纸上描点 以弹力为纵坐标 以弹簧伸长为横坐标 按照图中各点的分布与走向 尝试作一条平滑的曲线 包括直线 如果所画的点不在同一条曲线上 那么应该使曲线两边的点数大致相同 根据图象形状 利用数学知识 写出以弹簧伸长为自变量 弹力为函数的函数关系式 理解函数表达式中常数的物理意义 本实验最终得到弹力与弹簧伸长量之间的关系 在误差范围内有f kx 其中f为弹力 x是弹簧伸长量 k是一个由弹簧决定的物理量 注意事项1 实验过程中 注意拉力不要超过弹簧弹性限度 测量弹簧长度时 不要用手拉弹簧 在弹簧自然竖直状态去测量 2 强调实验的探索性 即实验前并不知道弹力和弹簧的伸长有什么关系 如果是验证性实验 在坐标纸上描点以后所作直线的根据就是所验证的规律 但这是个探索性实验 实验前并不知道这个规律 所以描点以后作的曲线是试探性的 只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来拟合这些点 3 做出直线之后 要用初中学过的正比例函数 一次函数 的知识写出直线所代表函数解析式 即写出f kx 然后选定一组f和x 从而确定k的值 但这个实验的重点在于它的探索性 比例系数的精确度不是重点 4 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 劲度 5 使用弹簧的伸长数据时应采用 l l0 即弹簧长度变化量 如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长 得到的不是正比例函数 误差分析1 本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差 2 弹簧竖直悬挂时 未考虑弹簧自身重力的影响 3 为了减小误差 要尽量多测几组数据 实验目的验证力的合成的平行四边形定则 实验原理当两个力共同作用使橡皮条伸长到结点o 一个力作用也使橡皮条伸长到结点o时 这一个力就是前两个力的合力 实验器材方木板一块 弹簧秤两个 白纸 橡皮条一段 细绳套两个 图钉 若干 三角板 刻度尺 铅笔 实验步骤1 用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上 2 用图钉把橡皮条一端固定在板上的a点 用两条细绳套系在橡皮条的另一端 3 用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位置o 如图所示 4 用铅笔描下结点o的位置和两条细绳套的方向 并记录弹簧秤的读数 在白纸上按比例作出两个弹簧的拉力f1和f2的图示 利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力f 5 只用一个弹簧秤 通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置o 记下弹簧秤的读数和细绳的方向 按同样的比例用刻度尺从o点起做出这个弹簧秤的拉力f 的图示 6 比较f 与用平行四边形定则求得的合力f 在实验误差允许的范围内是否相等 7 改变两个分力f1和f2的大小和夹角 再重复实验两次 比较每次的f与f 是否在实验误差允许的范围内相等 数据处理用两个弹簧秤分别勾住绳套 互成角度地拉橡皮条 使橡皮条伸长 结点到达某一位置o后 需用铅笔记录下o点的位置 记录下两条细绳的方向及对应的两个弹簧秤的示数 用两个弹簧秤分别向两个方向拉橡皮条时 必须保证弹簧秤与木板平面平行 用铅笔和刻度尺在白纸上从o点沿着两条细绳的方向画直线 并按一定的标度作出两个力f1和f2的图示 此时一定要对应好f1 f2的方向与大小 然后用平行四边形定则作出合力f 然后只用一个弹簧秤 用同样的方法作出与f1和f2共同作用效果相同的力 f 最后 一定要实现本实验的实验目的 就是比较f 和f的大小及方向的关系 从而验证力的平行四边形定则 注意事项1 弹簧秤是根据弹簧形变和外力成正比的原理制成的测量力的仪器 使用前要检查零点 观察测量范围 单位和最小分度值 并弄清测量时应读到的位数 通常估读到最小分度值的下一位 测量时要防止摩擦 注意不要超过测量范围 2 如果使用两个弹簧秤进行实验 在实验中除了应首先检查零点外 还需把两个弹簧秤的钩子互相钩住 平放在桌上反向拉动 看它们的示数是否总是相同 如果相同 则实验时就可以同时使用这两个弹簧秤读数 如果不相同 则应只用其中一个弹簧秤进行读数 每个分力或合力都用这个弹簧秤读数 3 本实验操作时应使橡皮条 细绳 弹簧秤都与木板平行 以保证它们都在同一个平面上 4 要使f 与f1和f2的共同作用等效 实验时必须保证橡皮条与细绳的结点前后两次停留在同一位置 5 这个实验由于仪器和作图等各种原因会产生一定的误差 即用作图法得出的合力f与f 不完全一致 如果相对误差在5 以下 则可认为实验是成功的 这里的相对误差是指f 与f的差值与f 的比 6 作图时 应先定出力的单位长度 并将此单位长度标注在图上 7 为使橡皮条有明显的伸长 两测力计应有较大的示数 同时合力不至于过小或过大 两测力计所拉线之间的夹角一般在60 120 之间较为合适 8 画力的图示时 应选定恰当的标度 尽量使图画得大一些 但也不要太大而画出纸外 要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力 误差分析本实验的误差的主要来源除了弹簧秤本身的误差外 还来源于读数误差和作图误差 因此 本实验首先要对弹簧秤的准确与否进行检查 读数时眼睛一定要正视 要按有效数字正确地读数和记录 两力的对边一定要平行 两个分力之间的夹角越大 用平行四边形定则作图得出的合力的误差也越大 所以实验中不能把该夹角取得太大 本实验允许的误差范围是 力的大小 f 5 f 与f间的夹角 7 命题规律根据实验结果总结出弹力和弹簧伸长的关系 f kx 实验中注意事项的考查 考例1 2010 浙江理综 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 x减 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 由图可知k乙 57 70 n m 或对于甲同学的数据 因为只有前几个数据可认为在弹性范围内 由图中切线的斜率得k甲 25 34 n m 4 尽可能使伸长量在弹性范围内 同时有足够大的伸长量 以减小长度测量的误差 2010 福建理综 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关系的图象如图所示 从图象中可以得出 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 答案 d 解析 若橡皮筋一直在弹性限度内 虚线和实线应重合 由于图中虚线和实线并不重合 说明增挂钩码时所挂钩码过多 导致橡皮筋超出了弹性限度 选项d正确 命题规律该考点常以选择题或填空题在实验题中出现 常以考查实验的基本原理和实验步骤为主 考例2 2010 天津理综 在探究求合力的方法时 先将橡皮条的一端固定在水平木板上 另一端系上带有绳套的两根细绳 实验时 需要两次拉伸橡皮条 一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条 另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条 实验对两次拉伸橡皮条的要求中 下列哪些说法是正确的 填字母代号 a 将橡皮条拉伸相同长度即可b 将橡皮条沿相同方向拉到相同长度c 将弹簧秤都拉伸到相同刻度d 将橡皮条和绳的结点拉到相同位置 同学们在操作过程中有如下议论 其中对减小实验误差有益的说法是 填字母代号 a 两细绳必须等长b 弹簧秤 细绳 橡皮条都应与木板平行c 用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大d 拉橡皮条的细绳要长些 标记同一细绳方向的两点要远些 解析 本题考查了探究合力的方法与原理 为保证两次拉力的效果相同 保证橡皮条沿相同方向伸长 且伸长量相同 故选项b d正确 减小误差必须保证弹簧秤 细绳 橡皮条在同一平面内 即与木板平行 使细绳长一些 更有利于画出力的直线方向 这样才能使标记同一细绳方向的两点更远一些 防止画线时出现偏离直线偏大 答案 bd bd 某同学在家中尝试验证平行四边形定则 他找到三条相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和若干小重物 以及刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 设计了如下实验 将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子a b上 另一端与第三条橡皮筋连接 结点为o 将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 为完成该实验 下述操作中必需的是 a 测量细绳的长度b 测量橡皮筋的原长c 测量悬挂