2020届高考物理总复习 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版

1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 【实验目的实验目的】 1.1.探究弹力和弹簧伸长的关系。探究弹力和弹簧伸长的关系。 2.2.学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。 【实验原理实验原理】 1.1.如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时如图所示，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。弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。 2.2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x x，建，建 立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F F，以横坐

2、标表，以横坐标表 示弹簧的伸长量示弹簧的伸长量x x，在坐标系中描出实验所测得的各组，在坐标系中描出实验所测得的各组 (x(x，F)F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，并根据图对应的点，用平滑的曲线连接起来，并根据图 线特征拟合，根据实验所得的图线，就可探知弹力大线特征拟合，根据实验所得的图线，就可探知弹力大 小与弹簧伸长量间的关系。小与弹簧伸长量间的关系。 【实验器材实验器材】 铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码( (若干若干) )、三角板、三角板、 铅笔、重垂线、坐标纸等。铅笔、重垂线、坐标纸等。 【实验过程实验过程】 1.1.根据实验原理图，将铁架台放在桌面上根

3、据实验原理图，将铁架台放在桌面上( (固定好固定好) )， 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处 将刻度尺将刻度尺( (分度值为分度值为1 mm)1 mm)固定于铁架台上，并用重垂固定于铁架台上，并用重垂 线检查刻度尺是否竖直。线检查刻度尺是否竖直。 2.2.记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0 0，即弹簧，即弹簧 的原长。的原长。 3.3.在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长 度度l，求出弹簧的伸长量，求出弹簧的伸长量x x和所受的外力和所受的外力F

4、(F(等于所挂钩等于所挂钩 码的重力码的重力) )。 4.4.改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测 几组数据，将所测数据填写在表格中。几组数据，将所测数据填写在表格中。 记录表：弹簧原长记录表：弹簧原长l0 0=_cm=_cm。 次数次数 内容内容 1 12 23 34 45 56 6 拉力拉力F/NF/N 弹簧总长弹簧总长/cm/cm 【数据处理数据处理】 1.1.以弹力以弹力F(F(大小等于所挂钩码的重力大小等于所挂钩码的重力) )为纵坐标，以弹为纵坐标，以弹 簧的伸长量簧的伸长量x x为横坐标，用描点法作图，连接各点得出为横坐标，用描点

5、法作图，连接各点得出 弹力弹力F F随弹簧伸长量随弹簧伸长量x x变化的图线。变化的图线。 2.2.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数 表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。 【误差分析误差分析】 1.1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响 造成系统误差。造成系统误差。 2.2.偶然误差：偶然误差： (1)(1)弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差， 要尽量多测几组数据。要尽量多测几组数据

6、。 (2)(2)作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差， 画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直 线的两侧。线的两侧。 【注意事项注意事项】 1.1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它所挂钩码不要过重，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。的弹性限度，要注意观察，适可而止。 2.2.每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点 的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些。的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高

7、一些。 3.3.测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定 状态时测量，以免增大误差。状态时测量，以免增大误差。 4.4.描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，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。但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 5.5.记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0 0、总长、总长l 及弹簧伸长量的对应关系及单位。及弹簧伸长量的对应关系及单位。 6.6.坐标轴的标度要适中。坐标轴的标度要适中。 热点一教材原型实验热点一教材原型实验 典

8、例典例1 1 某同学做某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系探究弹力和弹簧伸长量的关系”的的 实验。实验。 (1)(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度， 其示数为其示数为7.73 cm7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针 所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为为_cm_cm。 (2)(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧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的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是 _。(

9、(填选项前的字母填选项前的字母) A.A.逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的逐一增挂钩码，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标尺刻度和对应的钩码总重 B.B.随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻 度和对应的钩码总重度和对应的钩码总重 (3)(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力与弹力F F的关的关 系图线，图线的系图线，图线的ABAB段明显偏离直线段明显偏离直线OAOA，造成这种现象，造成这种现象 的主要原因是的主要原因是 。 【解析解析】(1)(1)由题图乙知，读数为由题图

10、乙知，读数为14.66 cm14.66 cm，所以弹簧，所以弹簧 伸长量伸长量l=(14.66-7.73)cm=6.93 cm=(14.66-7.73)cm=6.93 cm。(2)(2)若随意增减若随意增减 钩码，作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度，钩码，作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度， 所以应逐一增挂钩码，选项所以应逐一增挂钩码，选项A A正确。正确。(3)(3)由题图丙知由题图丙知ABAB 段弹簧伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力段弹簧伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力 超过弹簧的弹性限度。超过弹簧的弹性限度。 答案：答案：(1)6.93(1)6.93(2)A(2)

11、A (3)(3)钩码重力超过弹簧的弹性限度钩码重力超过弹簧的弹性限度 【解题通法解题通法】数据处理的三种方法数据处理的三种方法 (1)(1)解析法：以弹簧的伸长量为自变量，尝试写出弹力解析法：以弹簧的伸长量为自变量，尝试写出弹力 和弹簧伸长量的函数解析式，首先尝试一次函数，如和弹簧伸长量的函数解析式，首先尝试一次函数，如 果不行再考虑二次函数。果不行再考虑二次函数。 (2)(2)列表法：将测得的列表法：将测得的F F、x x填入设计好的表格中，可以填入设计好的表格中，可以 发现弹力发现弹力F F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x x的比值在误差允许范围内是的比值在误差允许范围内是 相等的。相等的。 (

12、3)(3)图象法：以弹簧伸长量图象法：以弹簧伸长量x x为横坐标，弹力为横坐标，弹力F F为纵坐标，为纵坐标， 描出描出F F、x x各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条 过坐标原点的直线。过坐标原点的直线。 热点二创新拓展实验热点二创新拓展实验 题型题型1 1实验装置改进实验装置改进 典例典例2 2 某同学在研究性学习中，利用所学的知识解某同学在研究性学习中，利用所学的知识解 决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为 h=0.25 mh=0.25 m、且开口向右的小筒中、且开口向右的小筒中( (没有外力作用时

13、弹簧没有外力作用时弹簧 的另一端位于筒内的另一端位于筒内) )，如图甲所示，如果本实验的长度，如图甲所示，如果本实验的长度 测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度l，现要测，现要测 出弹簧的原长出弹簧的原长l0 0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变和弹簧的劲度系数，该同学通过改变 挂钩码的个数来改变挂钩码的个数来改变l，作出，作出F-F-l变化的图线如图乙所示。变化的图线如图乙所示。 (1)(1)由此图线可得出的结论是由此图线可得出的结论是 。 (2)(2)弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数为_ N/m_ N/m，弹簧，弹簧 的原长的原长l0 0=_ m=_ m

14、。 (3)(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相 比较，优点在于：比较，优点在于：_； 缺点在于：缺点在于：_ 。 【创新点分析创新点分析】(1)(1)弹簧水平放置，避免弹簧自身重力弹簧水平放置，避免弹簧自身重力 对实验的影响。对实验的影响。 (2)(2)利用利用F-F-l图象进行数据处理，而非图象进行数据处理，而非F-xF-x图象。图象。 【解析解析】(1)(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正 比。比。 (2)(2)由由F=kF=kx x和乙图可知：和乙图可知：(30-10)=k(30-10)=

15、k20201010-2 -2， ， 所以所以k=100 N/mk=100 N/m，由乙图可知，由乙图可知F=20 NF=20 N时，时，l=10 cm=10 cm= 0.1 m0.1 m，所以，所以20=k(0.1+0.25-l20=k(0.1+0.25-l0 0) )，即，即l0 0=0.15 m=0.15 m。 (3)(3)优点是避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点是弹优点是避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点是弹 簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。 答案：答案：(1)(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比在弹性限度内，弹力与弹簧

16、的伸长量成正比 (2)100(2)1000.150.15 (3)(3)避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与筒及绳子避免弹簧自身重力对实验的影响弹簧与筒及绳子 与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差 题型题型2 2实验原理、目的创新实验原理、目的创新 典例典例3 3 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长 量量x x与弹力与弹力F F成正比，即成正比，即F=kxF=kx，k k的值与橡皮筋未受到拉的值与橡皮筋未受到拉 力时的长度力时的长度L L、横截面积、横截面积S S有关，理论与实践都表明有关，理论与实践都表明 k=Y k=Y ，其

17、中，其中Y Y是一个由材料决定的常数，材料力学上是一个由材料决定的常数，材料力学上 称之为杨氏模量。称之为杨氏模量。 S L (1)(1)在国际单位制中，杨氏模量在国际单位制中，杨氏模量Y Y的单位应该是的单位应该是 ( () ) A.NA.NB.mB.mC.N/mC.N/mD.PaD.Pa (2)(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实 验装置可以测量出它的杨氏模量验装置可以测量出它的杨氏模量Y Y的值。首先利用测量的值。首先利用测量 工具工具a a测得橡皮筋的长度测得橡皮筋的长度L=20.00 cmL=20.00 cm，利用测量工具，利

18、用测量工具b b 测得橡皮筋未受到拉力时的直径测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000 mmD=4.000 mm，那么测，那么测 量工具量工具a a应该是应该是_，测量工具，测量工具b b应应 该是该是。 (3)(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力下面的表格是橡皮筋受到的拉力F F与伸长量与伸长量x x的实验的实验 记录。请作出记录。请作出F-xF-x图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度 系数系数k=_ N/mk=_ N/m。 拉力拉力F/NF/N5 51010151520202525 伸长量伸长量x/cmx/cm1.61.63.23.24.74.76.46.48.08.0 (4)(4)这种橡皮筋的这种橡皮筋的Y Y值等于值等于_。