南方新高考高考物理大一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件

1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系1实验准备实验目的(1)探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系.(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 S2-1 所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时相等弹簧产生的弹力与钩码重力大小_.图 S2-12(2)用_测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量 x，建立坐标系，以_表示弹力大小 F，以_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，就可探究弹力大小与伸长量之间的关系.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、三角板等.刻度尺纵坐标横坐标3

2、实验过程实验步骤铁架台弹簧刻度尺竖直(1)如图 S2-2 所示，将_放在桌面上(固定好)，将_的一端固定在铁架台的横梁上，在接近弹簧处将_(最小分度为 1 mm )固定于铁架台上，并检查刻度尺是否_.不挂钩码图 S2-2(2)记下弹簧下端_时所对应的刻度 L0.4(3)在弹簧下端挂上一个钩码，记下静止时弹簧所对应的刻度 L1.(4)用上面的方法，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.钩码个数刻度伸长量x弹力F0 L0001L1x1L1L0F12L2x2L2L0F23 L3x3L3L0F3 6L6x6L6L0F6

3、5数据处理 LnL0 总重力总重力(1)用 xn_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_，这个_就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格.(2)以伸长量 x 为横轴、弹力 F 为纵轴建立坐标系，要注意标上坐标轴表示的物理量及单位.(3) 在坐标轴上选择合适的标度( 能使数据布满整个坐标系)，并将以上数据描点表示在图象中，描点时要留下痕迹.(4)将以上描点连线.要让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃.(5)这就是弹簧弹力的 F-x 图象，如果图象在误差范围内是一条_的直线，那么说明弹簧弹力与弹簧的

4、伸长量成正比.过原点6实验分析注意事项自然下垂用毫米刻度尺(1)由于弹簧有一定重量，将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样.量取 L0 时，应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上，让其_，再_量得自然状态下的原长，否则图象将不过原点.弹性限度弹力(2) 只有在_ 内，弹簧的_ 才与弹簧的_成正比.所以在弹簧下挂钩码时，注意不要使弹簧所受拉力超过其_.伸长量弹性限度7(3)若用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系，由于实验误差，依据实验数据描成的点不完全在一条直线上.这时所作直线应尽量多地通过这些点，并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线的两侧.明显与其他相差很远的点应该舍去.(4)如果实验中不

5、用弹簧的伸长量而用弹簧的总长，得到的图象将_.根据实验目的要用弹簧的_.如果弹簧伸长量的单位用米，弹力的单位用牛，则函数表达式中常数 k 的单位是牛每米，即 N/m.不过原点伸长量8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.实验改进1.实验原理的创新甲丙乙图 S2-392.数据处理的创新(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响(如图 S2-3 甲所示)弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响(如图乙、丙所示).(2)图象的获得：由坐标

6、纸作图得 F-x 图象由传感器和计算机输入数据直接得 F-x 图象.10【基础检测】1.(多选)如图 S2-4 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形变量与弹簧产生的弹力大小的关系)图象，如图乙所示.则下列判断正确的是(图 S2-411A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹力增加量与对应的弹簧长度成正比C.该弹簧的劲度系数是 200 N/mD.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变解析：由图象知，F-x 是一个过原点的直线，k200.10N/m200 N/m，可知 A 错误；弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比，

7、与对应的弹簧长度不成正比，B 错误.答案：CD122.(2015 年广东阳东一中、广雅中学联考)某同学利用如图S2-5 甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.图 S2-513(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_状态.(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小 F 与弹簧长度 x的关系图象.由此图象可得该弹簧的原长 x0_cm，劲度系数 k_N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度 x_cm.答案：(1)竖直 (2)4 50 (3)1014考点 1 用图象法处理实验数据 重点归纳在 F-x 图象中：(1)图象的斜

8、率表示弹簧的劲度系数大小.(2)图象是过原点的一直线，若实验处理数据方法不一样，导致图象与纵轴、横轴有交点，应具体分析交点所表示的物理意义.15 典例剖析例 1：(2014 年新课标全国卷)某实验小组探究弹簧的劲度系数 k 与其长度(圈数)的关系.实验装置如图 S2-6 所示：一均匀长弹簧竖直悬挂，7 个指针 P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6 分别固定在弹簧上距悬点 0、10、20、30、40、50、60 圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0 指向 0 刻度.设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为 x0；挂有质量为0.100 kg 的砝码时，各指针的位置记为 x.测

9、量结果及部分计算结果如下表所示(n 为弹簧的圈数，重力加速度 g 取 9.80 m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为 60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.(1)将表中数据补充完整：_；_.16图 S2-6项目P1P2P3P4P5P6x0/cm2.044.066.068.0510.0312.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/(Nm1)16356.043.633.828.8 /(mN1)0.00610.0179 0.0229 0.0296 0.03471k17图 S2-718(3)图 S2-7 中画出的直线可近似认为通过原点.若

10、从实验中所用的弹簧截取圈数为 n 的一段弹簧，该弹簧的劲度系数 k 与其圈数 n 的关系的表达式为 k_N/m；该弹簧的劲度系数k 与其自由长度 l0(单位为 m)的关系的表达式为 k_N/m.1920伸长量 x/(102 m)2.004.006.008.0010.00弹力 F/N1.502.934.555.987.50【考点练透】1.在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”的实验中，所用装置如图 S2-8 甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于下表中.(1)以 x 为横坐标，F 为纵坐标，在如图乙所示的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力

11、与伸长量间的关系图线.(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为_(计算结果保留 3 位有效数字).21甲乙图 S2-822答案：(1)如图 D7 所示.图 D7(2)75.0 N/m(74.076.0 N/m 均正确)232.(2015 年山东临沂模拟)如图 S2-9 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.甲乙图 S2-924(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)图乙是弹簧弹力 F 与弹簧伸长量 x 的 F-x 图象，由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m.(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：A

12、.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 l0.25C.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，写出弹力与弹簧伸长量的关系式.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：_.26答案：(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧

13、所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)(3)200(4)CBDAEFG(或 CBDGAEF)27考点 2 实验误差分析 重点归纳本实验的误差主要来源于：弹簧拉力大小的不稳定、弹簧长度的测量和作图.28 典例剖析例 2：(2015 年福建卷)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验.(1)如图 S2-10 甲所示是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为 7.73 cm；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.甲丙乙图 S2-1029(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

14、)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：_.30解析：(1)由图乙知，读数为 14.66 cm，所以弹簧伸长量为(14.667.73) cm6.93 cm；(2)若随意增减砝码，会作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项 A 正确.(3)由图知 AB 段伸长量与弹力不成线性关系，是因为所挂钩码重力超过弹簧弹力范围.答案：(1)6.93 (2)A (3

15、)所挂钩码重力超过弹簧弹力范围31【考点练透】3.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 m0.1 kg，取 g10 m/s2)，并记录绳下端的坐标 x加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标 x减i，绳下端坐标的平码个数)32挂在橡皮绳下端的钩码个数橡皮绳下端的坐标(xi/mm)甲乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮绳的 x加i_x减i . (填“大于”或“小于”)(2)_同学的数据更符合实验要求. (填“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？33答案：(1)小于 (2)乙(3)取乙同学的数据作图，如图 D8 所示.图 D8由图可得：k58 N/m.(4)选用钩码的质量不能过大，否则很容易超出橡皮绳的弹性限度，质量也不能过小，否则橡皮绳的形变量很小，测量误差大.34钩码个数12345弹力 F/N1.02.03.04.05.0弹簧长度 x/cm7.0