福建省福鼎市第二中学高三物理一轮复习 实验探究弹力和弹簧伸长的关系课件

实验实验 探究弹力和弹簧探究弹力和弹簧 伸长的关系伸长的关系1 1、理解该实验的原理。理解该实验的原理。2 2、掌握实验器材的使用方法及实验步骤掌握实验器材的使用方法及实验步骤。3 3、培养学生一丝不苟的科学精神，掌握读取数据及处培养学生一丝不苟的科学精神，掌握读取数据及处理数据的常用方法理数据的常用方法。 弹簧受到拉力的作用长度变大，改变拉力，长度弹簧受到拉力的作用长度变大，改变拉力，长度也相应变化。竖直悬挂的物体，静止时拉力等于物体也相应变化。竖直悬挂的物体，静止时拉力等于物体的重力。由此我们可以探究弹簧的伸长量与弹力的关的重力。由此我们可以探究弹簧的伸长量与弹力的关系。系。实验原理轻质弹簧轻质弹簧( (一根一根) )，钩码，钩码( (一盒一盒) )，刻度尺，铁架台，刻度尺，铁架台，重垂线，坐标纸，三角板。重垂线，坐标纸，三角板。实验器材4 3 2 1 04 3 2 1 0我们该如何来做我们该如何来做这个实验呢？请这个实验呢？请同学们先仔细观同学们先仔细观察，然后总结实察，然后总结实验步骤验步骤1 1将弹簧的一端挂在铁架台将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，记下弹上，让其自然下垂，记下弹簧下端的位置，从悬点到该簧下端的位置，从悬点到该点即为弹簧的原长点即为弹簧的原长实验步骤2 2如图所示，将已知质量的钩如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时，码挂在弹簧的下端，在平衡时，记下弹簧下端的位置，从悬点到记下弹簧下端的位置，从悬点到该位置即为弹簧变化之后的总长该位置即为弹簧变化之后的总长度度L L1 1，用刻度尺测量后，连同钩，用刻度尺测量后，连同钩码的重力填写在记录表格里码的重力填写在记录表格里3.3.改变所挂钩码的个数，重复改变所挂钩码的个数，重复上述的实验过程多次，把每次上述的实验过程多次，把每次测得的长度、钩码的重力记入测得的长度、钩码的重力记入表格。表格。1 12 23 34 45 5钩码总重力钩码总重力F/NF/N弹簧总长弹簧总长L/cmL/cm弹簧伸长量弹簧伸长量x/cmx/cm0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.50.50.51.01.01.51.52.02.02.52.510.510.5111111.511.5121212.512.5测量数据4 4、以弹力、以弹力F F（大小等于所挂钩码的重（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，弹簧的伸长量（或原力）为纵坐标，弹簧的伸长量（或原长）为横坐标，用描点法作图，得出长）为横坐标，用描点法作图，得出关系图线。关系图线。L/cmL/cm0 0F/NF/N0 0F/NF/Nx/cmx/cm在相应的坐标纸上作出图象在相应的坐标纸上作出图象0.51.01.52.02.52 4 6 8 10 12140.50.51.01.01.51.52.02.0 2.52.5弹力与弹簧伸长量成正比。弹力与弹簧伸长量成正比。用公式来表示：用公式来表示： F=F=kxkx其中其中k k与弹簧本身有关，由材料、形状和长与弹簧本身有关，由材料、形状和长度决定。度决定。得出结论1 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 2每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描出的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确出的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确3 3测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状测弹簧长度时，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，以免增大误态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差差4 4描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧5 5记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位位注意事项例例1 1：某同学在做：某同学在做“探索弹力与弹簧伸长量的关系探索弹力与弹簧伸长量的关系”实验实验时，所得的数据如下表所示：时，所得的数据如下表所示：(1)(1)画出弹力画出弹力F F与伸长量与伸长量x x的的关系图线关系图线( (实验中每个钩码的质量为实验中每个钩码的质量为50g50g，当地重力加速，当地重力加速度度g g10m/s10m/s2 2) )；(2)(2)写出弹力写出弹力F F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x x的关系式；的关系式；(3)(3)指出表达式中常量的物理意义；指出表达式中常量的物理意义；(4)(4)若以弹力为纵坐标，若以弹力为纵坐标，以弹簧长度为横坐标，画出对应的图线，写出函数关系式，以弹簧长度为横坐标，画出对应的图线，写出函数关系式，说明常量的物理意义说明常量的物理意义. .钩码个数钩码个数0 01 12 23 34 45 56 6弹簧长度弹簧长度(cm)(cm)46.3 46.3 ( (原长原长) )53.153.161.861.870.270.278.778.787.187.195.695.6解析：解析：(1)(1)每个钩码重每个钩码重mgmg0.050.0510N10N0.5N0.5N，由二力平衡，由二力平衡，弹力大小等于所挂钩码重量，则弹力大小等于所挂钩码重量，则弹力弹力F(N)F(N)0 00.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0伸长量伸长量x(cmx(cm) )0 06.86.815.515.5 23.923.9 32.432.4 40.840.8 49.349.3建立直角坐标系描点作图，建立直角坐标系描点作图，如图所示如图所示(2)(2)由图可得出结论：弹力由图可得出结论：弹力F F与弹簧的伸长量与弹簧的伸长量x x成正比：成正比：F Fkxkx. .取图中一点取图中一点(32.4,2.0)(32.4,2.0)，则图线斜率为则图线斜率为k k N/cmN/cm6.176.171010-2-2N/cmN/cm6.17N/m6.17N/m弹力弹力F F与伸长量与伸长量x x间的大小关系为间的大小关系为F F6.17x6.17x(3)(3)表达式中常量表达式中常量6.17N/m6.17N/m表示弹簧伸长表示弹簧伸长1m1m时弹力大小为时弹力大小为6.17N.(6.17N.(即弹簧的劲度系数即弹簧的劲度系数) )4 .322(4)(4)因为弹簧长度因为弹簧长度L Lx xL L0 0，其中，其中x x为伸长量，为伸长量，L L0 0为原长为原长(0.463m)(0.463m)，所以，所以x xL LL L0 0L L0.4630.463，由由F Fkxkx 得得F F6.17(L6.17(L0.463)0.463)，即为弹力即为弹力F F与弹簧长度与弹簧长度L L之间的函数关系之间的函数关系将将F Fx x图形向右平移图形向右平移0.463m0.463m，即得，即得F FL L关系图线关系图线意义：意义：6.176.170.4630.463为纵截距，是一个与伸长量无关的为纵截距，是一个与伸长量无关的常数常数1 1、某同学用如下图所示装置做、某同学用如下图所示装置做“探探究弹力和弹簧伸长量的关系究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验的实验他先测出不挂砝码时弹簧下端指针他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：( (重力加速度重力加速度g g9.8m/s9.8m/s2 2) )同步练习砝码质量砝码质量m/m/10102 2g g0 01.001.002.002.003.003.004.004.005.005.006.006.007.007.00标尺刻度标尺刻度x/x/10102 2m m15.0015.00 18.9418.94 22.8222.82 26.7826.78 30.6630.66 34.6034.60 42.0042.0054.554.5(1)(1)根据所测数据，在下图根据所测数据，在下图所示的坐标纸上作出弹簧所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度指针所指的标尺刻度x x与砝与砝码质量码质量m m的关系曲线的关系曲线(2)(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在_N_N范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律，这范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律，这种规格的弹簧的劲度系数为种规格的弹簧的劲度系数为_N/m_N/m解析：解析：本例主要考查用图象法处理数据的方法，以及根本例主要考查用图象法处理数据的方法，以及根据实验结果据实验结果( (图象图象) )判断分析实验结论的能力判断分析实验结论的能力(1)(1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线线( (或直线或直线) )连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线上上( (偏差比较大的点舍去偏差比较大的点舍去) )不在线上的点尽量平均分布不在线上的点尽量平均分布在线的两侧，如图在线的两侧，如图(2)(2)根据所画图象可以看出，当根据所画图象可以看出，当m5.00m5.0010102 2g g0.5kg0.5kg时，时，标尺刻度标尺刻度x x与砝码质量与砝码质量m m成一次函数关系，所以在成一次函数关系，所以在F4.9NF4.9N范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律根范围内弹力大小与弹簧伸长量的关系满足胡克定律根据砝码的质量求得弹簧弹力的对应值，据砝码的质量求得弹簧弹力的对应值，由胡克定律由胡克定律F Fkxkx 可知，可知，k kF/F/x x4.9/0.1964.9/0.196N/mN/m25N/m.25N/m.2 2、在、在“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”实验中，以下说实验中，以下说法正确的是法正确的是( ( ) )A 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 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 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 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ABAB3 3、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”的实验，他的实验，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原长L L0 0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸，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长后的长度L L，把，把L LL L0 0作为弹簧的伸长量作为弹簧的伸长量x x，这样操作，由，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下图中的于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下图中的 ( ( ) )F F0 0 x xF F0 0 x xF F0 0 x xF F0 0 x xA AB BC CD DC C