高考物理总复习 主题二 相互作用与运动定律 实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系课件 新人教版.ppt

实验 探究弹力与弹簧伸长量的关系 一 实验目的1 探究弹力与弹簧伸长的关系 2 学会利用列表法 图象法 函数法处理实验数据 3 验证胡克定律 二 实验原理1 如图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1 三 实验器材 铁架台 弹簧 毫米刻度尺 钩码若干 坐标纸 四 实验步骤 1 按图2安装实验装置 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0 图2 2 在弹簧下端悬挂一个钩码 平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力 3 增加钩码的个数 重复上述实验过程 将数据填入表格 以f表示弹力 l表示弹簧的总长度 x l l0表示弹簧的伸长量 五 数据处理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 如图3所示 图3 六 误差分析 由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作 存在较大的测量误差 另外由于弹簧自身的重力的影响 即当未放重物时 弹簧在自身重力的作用下 已经有一个伸长量 这样所作图线往往不过原点 七 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 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尽可能稀一些 这样作出的图线精确 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 刻度尺要保持竖直并靠近弹簧 以免增大误差 4 描点画线时 所描的点不一定都落在一条直线上 但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧 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 要点一实验原理及实验操作 例1 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 方向 填 水平 或 竖直 2 弹簧自然悬挂 待弹簧 时 长度记为l0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记为lx 在砝码盘中每次增加10g砝码 弹簧长度依次记为l1至l6 数据如下表 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知所用刻度尺的最小分度为 3 图4是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 的差值 填 l0 或 lx 图4 4 由图可知弹簧的劲度系数为 n m 通过图和表可知砝码盘的质量为 g 结果保留两位有效数字 重力加速度取9 8m s2 解析 1 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起 所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向 2 弹簧静止时 记录原长l0 表中的数据l3与其他数据有效数字位数不同 所以数据l3不规范 标准数据应读至厘米位的后两位 最后一位应为估计值 精确至mm位 所以刻度尺的最小分度为1mm 3 由题图知所挂砝码质量为0时 x为0 所以x l lx 答案 1 竖直 2 静止l31mm 3 lx 4 4 910 要点二实验数据处理 例2 一位同学做 探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系 所测的几组数据见下表 请你根据表中数据作出分析 1 算出每一次弹簧的伸长量 并将结果填在表中的空格内 2 在坐标图上作出f x图线 3 写出图线的函数表达式 x用cm作单位 4 函数表达式中常数的物理意义 图5 解析 1 2 根据表格数据在f x坐标图上描点 根据描的点作直线 使所描各点拟合在直线上 不在直线上的点均匀分布在直线两侧 3 根据 2 中的f x图线知 f与x是正比例函数 设表达式为f kx 将f 0 5n x 1 0cm代入得k 0 5n cm故函数表达式为f 0 5x n 4 函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数 答案见解析 要点三创新实验 例3 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6所示 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6 1 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图7中 请作出f l图线 图7 2 由此图线可得出该弹簧的原长l0 cm 劲度系数k n m 3 试根据该同学以上的实验情况 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 f l图线如图所示 2 弹簧的原长l0即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 可以避免弹簧自身重力对实验的影响 缺点是 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差 答案 1 见解析图 2 520 3 4 见解析 1 下列关于 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验的说法中正确的是 a 实验中k的具体数值必须计算出来b 如果没有测出弹簧原长 用弹簧长度l代替x f l图线也是过原点的一条直线c 利用f x图线可求出k值d 实验时要把所有点连到线上 才能探究得到真实规律 解析 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验中利用f x图线可求出k值 但不一定要求解出k值 实验中用弹簧长度l代替x f l图线不是过原点的一条直线 作图时绝大多数点通过直线 偏离较大的点应舍去 c项正确 答案c 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验 他先把弹簧平放在桌面上使其自然增长 用直尺测出弹簧的原长l0 再把弹簧竖直悬挂起来 挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度l 把l l0作为弹簧的伸长量x 这样操作 由于弹簧自身重力的影响 最后画出的图线可能是 解析由于考虑弹簧自身重力的影响 当不挂钩码时 弹簧的伸长量x 0 所以选项c正确 答案c 3 某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 时 安装好实验装置 让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐 在弹簧下端挂1个钩码 静止时弹簧长度为l1 如图8甲所示 图乙是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺 最小分度是1毫米 上位置的放大图 示数l1 cm 在弹簧下端分别挂2个 3个 4个 5个相同钩码 静止时弹簧长度分别是l2 l3 l4 l5 已知每个钩码质量是50g 挂2个钩码时 弹簧弹力f2 n 当地重力加速度g 9 8m s2 要得到弹簧伸长量x 还需要测量的是 作出f x曲线 得到弹力与弹簧伸长量的关系 解析由图乙可估读为25 85cm 挂2个钩码时 弹簧弹力等于钩码的重力 即f2 2mg 0 98n 由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长 因此要得到伸长量 还需要测量弹簧原长 答案25 850 98弹簧原长 图8 4 在 探究弹力和弹簧伸长关系 的实验中 某实验小组将不同数量的钩码分别挂在竖直弹簧下端进行测量 根据实验所测数据 利用描点法作出了所挂钩码的重力g与弹簧总长l的关系图象 根据图象回答以下问题 1 弹簧的原长为 cm 2 弹簧的劲度系数为 n m 3 分析图象 总结出弹力f跟弹簧长度l之间的关系式为 l用m为单位 图9 答案 1 10 2 1000 3 f 1000 l 0 10 n 5 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 图10 1 图10甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 其示数为7 73cm 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度 此时弹簧的伸长量 l为 cm 2 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力 关于此操作 下列选项中规范的做法是 填选项前的字母 a 逐一增挂钩码 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重b 随意增减钩码 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 3 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量 l与弹力f的关系图线 图线的ab段明显偏离直线oa 造成这种现象的主要原因是 解析 1 由题图乙标尺刻度可知示数l2 14 66cm l l2 l1 6 93cm 2 为防止弹簧超出弹性限度 应逐渐增加钩码的重量 故选a 3 由图知ab段伸长量与弹力不成线性关系 主要原因是钩码重力超出弹簧的弹性限度 答案 1 6 93 2 a 3 超出弹簧的弹性限度 6 某同学用如图11甲所示的装置做 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验 他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度 然后在弹