1112高中物理课时讲练通配套课件 3.实验 沪科版必修1.ppt

一 实验目的1 探究弹力与弹簧伸长的定量关系 2 学会利用图像研究两个物理量之间的关系的方法 二 实验原理1 弹簧受力发生形变 形变量的大小与受到的外力有关 沿着弹簧的方向拉弹簧 当形变稳定时 弹簧产生的弹力与使它发生形变的外力在数值上相等 2 用悬挂法测量弹簧的弹力 其弹力等于悬挂在弹簧下面的钩码重力 3 弹簧的长度由刻度尺测量 而伸长量等于弹簧长度减去弹簧原长 三 实验器材弹簧 毫米刻度尺 铁架台 钩码若干 坐标纸 四 实验过程 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 如图所示 将已知质量的钩码挂在弹簧的下端 在平衡时测量弹簧的总长并测出钩码的重力 填写在记录表格里 3 改变所挂钩码的数量 重复前面的实验过程多次 4 以弹力为纵坐标 以弹簧伸长量为横坐标 建立坐标系 根据所测数据描点 二 数据处理1 列表分析分析列表中弹簧的拉力f与对应弹簧的伸长量 x的关系 可以先考虑f和 x的乘积关系 再考虑f和 x的比值关系 也可以考虑f和 x2关系或f和关系等 结论为常数 即f k x 2 图像分析利用表格中对应的f和 x 作出f x图像 此图像为过原点的直线 如图所示 即f和 x成正比例关系 1 弹簧下端增减钩码时不要超过弹簧的弹性限度 2 增减钩码测量长度时 需保证弹簧及钩码不上 下振动而处于静止状态 3 在数据处理 建立平面直角坐标系时 两坐标轴上单位长度所代表的量值要适当 不可过大 也不可过小 4 描点画线时 所描的点不一定都落在一条直线上 但应使各点均匀分布在直线两侧 1 实验中要测量弹簧的原长l0 测量弹簧的原长时是将弹簧平放在桌面上还是悬挂起来 提示 我们的实验目的是研究弹簧的弹力与弹簧伸长量的定量关系 要想确定弹簧伸长量 就必须测量弹簧的原长 自然长度 l0和弹簧的现长l 则弹簧的伸长量x l l0 由于弹簧的自身重力会影响弹簧的长度 所以测量弹簧的原长时应将其悬挂起来后测量 2 用如图所示的装置进行实验并完成表格 根据所得的数据 你能得到什么结论 提示 弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比 3 在该实验中 如何用图像描述弹簧的弹力和伸长量的关系 该图像有何特点 说明弹力和伸长量成什么关系 图像斜率的意义是什么 提示 1 建立坐标系 以纵坐标表示弹力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 就可探知弹力与伸长量间的关系 如图所示 2 所得图像为过原点的倾斜直线 说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比 3 斜率表示弹簧的劲度系数 1 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 2 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 3 尽量选用轻质弹簧以减小自身重力的影响 典例1 2010 福建高考 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 根据图像判断为什么是曲线 从形成的原因上进行分析 规范解答 选d 由于橡皮筋下端悬挂的钩码太多 导致超出橡皮筋的弹性限度 使橡皮筋无法及时恢复原状 两条曲线才有差异 且是非线性的 典例2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的钩码时 指针指示的刻度数值记作l1 弹簧下端挂两个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作l2 挂七个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作l7 1 表中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 2 实验中 l3和l7两个值还没有测定 请你根据图示将这两个测量值填入记录表中 3 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 d1 l4 l0 6 90cm d2 l5 l1 6 90cm d3 l6 l2 7 00cm 请你给出第四个差值 d4 cm 4 根据以上差值 可以求出每增加50g钩码的弹簧平均伸长量 l l用d1 d2 d3 d4表示的式子为 l 代入数据解得 l cm 5 计算弹簧的劲度系数k n m g取9 8m s2 解答该题时应注意以下三点 1 按有效数字的要求进行读数 2 利用图像确定某一个状态 3 根据图像斜率求出劲度系数 规范解答 1 通过对6个值的分析比较可知记录有误的是l5 l6 2 用最小刻度是毫米的刻度尺测量时 正确读数并记录到毫米的下一位 即l3 6 85cm l7 14 05cm 3 利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值d4 l7 l3 14 05cm 6 85cm 7 20cm 4 l 5 根据 f k l又 f mg所以 答案 1 l5l6 2 6 85 6 84 6 86 14 05 14 04 14 06 3 l7 l37 20 7 18 7 22 4 1 75 5 28 一 选择题 本大题共5小题 每小题5分 共25分 1 2011 顺义区高一检测 同学们通过实验探究 得到了在发生弹性形变时 弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系 下列说法中能反映正确的探究结果的是 a 弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比b 弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成反比c 弹簧的弹力跟弹簧的伸长量的平方成正比d 弹簧的弹力跟弹簧的伸长量无关 解析 选a 在弹性限度内弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比 故a正确 b c d错误 2 一个实验小组在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验中 使用两条不同的轻质弹簧a和b 得到弹力与弹簧长度的图像如图所示 下列表述正确的是 a a的原长比b的长b a的劲度系数比b的大c a的劲度系数比b的小d 测得的弹力与弹簧的长度成正比 解析 选b 由f kx k l l0 知弹力f跟弹簧的伸长或缩短的长度成正比 d错误 f l图线的斜率大小等于弹簧劲度系数的大小 故b正确 c错误 由题图可知l2 l1 故a弹簧的原长小于b弹簧 a错误 3 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验中 以下说法正确的是 a 弹簧被拉伸时 不能超出其弹性限度b 测弹簧的原长时 应将弹簧平放在水平桌面上c 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时 应保证弹簧处于竖直位置且平衡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 解析 选a c 本实验中应以同一根弹簧为实验对象 在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力 从而探究弹力与弹簧伸长的关系 但在测原长时 应把弹簧竖直悬挂 自然伸长时测量 这样可以避免弹簧自身重力对测量结果的影响 故选a c 4 如图甲所示 一个弹簧一端固定在传感器上 传感器与电脑相连 当对弹簧施加变化的作用力 拉力或压力 时 在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像 如图乙 则下列判断正确的是 a 弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比b 弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比c 该弹簧的劲度系数是200n md 该弹簧受到反向压力时 劲度系数不变 解析 选b c d 弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比 而不是和弹簧的长度成正比 即f kx或 f k x 故a错误 b正确 弹簧的劲度系数由弹簧本身决定 由图像得且当力反向时 k不变 c d正确 5 在 探究弹力和弹簧伸长量关系 的实验中 用图像法处理数据时 某同学误把弹簧的总长度作为横坐标 然后描点作图 其他步骤都正确 则作出的图像应是 解析 选c 若将弹簧的总长度作为横坐标 x l0时 f 0 其图像不过原点 即弹力f与弹簧总长度x的关系式应为f k x l0 故c正确 二 非选择题 本大题共3小题 共25分 6 8分 2011 宜宾高一检测 小明想知道弹簧测力计的测力原理 于是他在实验室中做了实验 数据如表所示 请你帮他分析数据并总结出结论 弹簧原长 10cm结论 弹簧的伸长和所受拉力的关系是 解析 由题表知 当拉力f1 2n时 弹簧伸长量x1 1cm 拉力f2 4n时 伸长量x2 2cm 拉力f3 6n时 伸长量x3 3cm 即f1 f2 f3 x1 x2 x3 表明弹簧的伸长 量 和所受拉力成正比 答案 弹簧的伸长和所受拉力成正比 7 8分 某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码 做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系 下表是该同学记录的实验数据 实验时弹簧伸长量始终未超过弹性限度 g取10m s2 1 在所给坐标纸 如图 上建立坐标系 并标出合适的标度 根据实验数据作出弹力f跟弹簧伸长量x关系的图像 2 根据图像可计算出弹簧的劲度系数为 n m 保留三位有效数字 解析 1 计算弹簧的弹力及相应伸长量如表 以f为纵坐标 x为横坐标 坐标标度如图 描点并连接成平滑的直线 2 k 答案 1 见解析 2 25 9 8 9分 某同学在研究性学习中 利用所学的知识解决了如下问题 一轻弹簧竖直悬挂于某一深度为h 25 0cm且开口向下的小筒中 没有外力作用时弹簧的下端位于筒内 但测力计可以同弹簧的下端接触 如图甲所示 如果本实验的长度测量工具只