高考物理一轮复习 第二章实验2探究弹力与弹簧伸长的关系课件 新人教版（安徽 北京专版）

一、实验目的一、实验目的(1)探究弹力和弹簧伸长量之间的关系。探究弹力和弹簧伸长量之间的关系。(2)学会利用图像法处理实验数据。学会利用图像法处理实验数据。二、实验原理二、实验原理(1)如图实如图实21所示，在弹簧下端悬挂钩所示，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。力与所挂钩码的重力大小相等。(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的 图实图实21长度进行计算。长度进行计算。 这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。量之间的定量关系了。三、实验器材三、实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔。标纸、重垂线、铅笔。四、实验步骤四、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测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。，即原长。(2)如图实如图实22所示，在弹簧下端挂质量为所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量的钩码，量 出此时弹簧的长度出此时弹簧的长度l1，记录，记录m1和和l1，填入自己设计的表格中。，填入自己设计的表格中。图实图实22(3)改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每，并得出每次弹簧的伸长量次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。钩码钩码个数个数长度长度伸长量伸长量x钩码质量钩码质量m弹力弹力F0l01l1x1l1l0m1F12l2x2l2l0m2F23l3x3l3l0m3F3五、数据处理五、数据处理(1)以弹力以弹力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，以弹簧的为纵坐标，以弹簧的伸长量伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力力F随弹簧伸长量随弹簧伸长量x变化的图线。变化的图线。(2)以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数。首以弹簧的伸长量为自变量，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。先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。(3)得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式 中常数的物理意义。中常数的物理意义。六、注意事项六、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。弹性限度，要注意观察，适可而止。(2)每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的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。间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些。(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态测弹簧长度时，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。时测量，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。注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。(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、总长、总长l及弹及弹 簧伸长量的对应关系及单位。簧伸长量的对应关系及单位。(6)坐标轴的标度要适中。坐标轴的标度要适中。七、误差分析七、误差分析(1)本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小不稳定造成本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小不稳定造成的。因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩的。因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。码来充当对弹簧的拉力，可以提高实验的准确度。(2)弹簧长度的测量是本实验主要误差来源，所以测量时弹簧长度的测量是本实验主要误差来源，所以测量时 尽量精确地测量弹簧的长度。尽量精确地测量弹簧的长度。(3)描点、作图不准确等。描点、作图不准确等。八、实验改进八、实验改进 本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自重的影响：的思路应该是尽可能减小弹簧自重的影响：(1)一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆，在水平一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆，在水平 方向做实验。方向做实验。(2)另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小 读数的相对误差来提高实验的精确度。读数的相对误差来提高实验的精确度。(3)利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，对弹簧施加变化的定在传感器上，传感器与电脑相连，对弹簧施加变化的作用力作用力(拉力或推力拉力或推力)时，电脑上得到弹簧弹力和弹簧形时，电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像变量的关系图像(如图乙所示如图乙所示)，分析图像得出结论。，分析图像得出结论。图实图实23例例1(1)在在“探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，以的实验中，以下说法正确的是下说法正确的是 .A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于 竖直位置且处于平衡状态竖直位置且处于平衡状态C用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得 出拉力与伸长量之比相等出拉力与伸长量之比相等(2)某同学做某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长弹簧平放在桌面上使其自然伸长，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，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的长度L，把，把LL0作为弹簧的伸长量作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于，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图实弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图实24中的中的 .图实图实24解析解析(1)实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在实验中应以所研究的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，以弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力，以探索弹力与弹簧伸长的关系，并且拉力和重力平衡，所以探索弹力与弹簧伸长的关系，并且拉力和重力平衡，所以选选A、B。(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量伸长量x0，所以选，所以选C。答案答案(1)AB(2)C例例2利用如图实利用如图实25甲所示装置做甲所示装置做“探究弹力和弹簧探究弹力和弹簧伸长的关系伸长的关系”实验。所用的钩码每只的质量为实验。所用的钩码每只的质量为30 g。实验中，。实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个加挂个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中。填在表中。(弹力始终未超过弹性限度，取弹力始终未超过弹性限度，取g10 m/s2)记录数据组记录数据组123456钩码总质量钩码总质量(g)0306090120150弹簧总长弹簧总长(cm)6.007.118.209.31 10.40 11.52图实图实25(1)在图乙坐标系中作出弹簧弹力大小在图乙坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度跟弹簧总长度x之之间的函数关系的图线。间的函数关系的图线。(2)由图线求得该弹簧的劲度系数由图线求得该弹簧的劲度系数k_ N/m。(保留保留两位有效数字两位有效数字) 答案答案(1)图见解析图见解析(2)27例例3在在“探究弹力和弹簧伸长的关探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数系，并测定弹簧的劲度系数”的实验的实验中，实验装置如图实中，实验装置如图实26所示。所所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提用的每个钩码的重力相当于对弹簧提 图实图实26供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的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，再将自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度。相应的弹簧总长度。(1)有一个同学通过以上实验测量后把有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标组数据描点在坐标图实图实27中，请作出中，请作出FL图线。图线。 图实图实27(2)由此图线可得出的结论是由此图线可得出的结论是_，该弹簧的原长，该弹簧的原长L0_ cm，劲度系数，劲度系数k_ N/m。(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验数据的表格实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据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。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：优点在于：_；缺点在于：缺点在于：_。解析解析(1)用平滑的曲线将各点连接用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示：起来，如图所示：(2)由图线可知在弹性限度内，弹力由图线可知在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比。弹簧的原和弹簧的伸长量成正比。弹簧的原长长L0即为弹力为零时弹簧的长度，即为弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，由图像可知，L010102 m10 cm。劲度系数为图像直线部分的斜率，劲度系数为图像直线部分的斜率，k25 N/m。(3)记录数据的表格如下表：记录数据的表格如下表：次数次数123456弹力弹力F/N弹簧的长弹簧的长度度L/10 (4)优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差。验的误差。答案答案(1)见解析见解析(2)在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比在弹性限度内，弹力和弹簧的伸长量成正比1025(3)(4)见解析见解析