高考物理总复习 实验2 探究弹力与弹簧伸长量的关系课件

实验二探究弹力与弹簧伸长量的关系 一、实验目的 1探究弹力和弹簧伸长量的关系 2学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律 二、实验原理1如图如图1所示，弹簧在下端悬所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相的弹力与所挂钩码的重力大小相等等 2用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量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，就可探知弹力大小与伸长量间的关系 三、实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线 四、实验步骤 1将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长2如图如图2所示，在弹簧下端所示，在弹簧下端挂质量为挂质量为m1的钩码，测出此时弹的钩码，测出此时弹簧的长度簧的长度l1，记录，记录m1和和l1，填入自，填入自己设计的表格中己设计的表格中 3改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2，m3，m4，m5和相应的弹簧长度l2，l3，l4，l5，并得出每次弹簧的伸长量x1，x2，x3，x4，x5.钩码个数钩码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 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 2以弹簧的伸长量为自变量，写出图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 3得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义 六、误差分析 1本实验的误差来源之一是由弹簧拉力大小的不稳定造成的，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的主要误差来源，所以，应尽量精确地测量弹簧的长度 3在Fx图象上描点、作图不准确 七、注意事项 1每次增减钩码测量有关长度时，均需保证弹簧及钩码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与钩码重力不相等 2弹簧下端增加钩码时，注意不要超过弹簧的限度 3测量有关长度时，应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系 4建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小 5描线的原则是，尽量使各点落在描出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线 6记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 例1(2015临沂模拟)如图3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 (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3乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的Fx图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m.图线不过原点的原因是由于_ (4)为完成该实验，设计的实验步骤如下： A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； C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，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：_. 解析(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量； (2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)； (3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入Fkx可得k200 N/m，由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量 (4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG. 答案(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)(3)200弹簧自重(4)CBDAEFG 例2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(下标i表示挂在绳下端的钩码个数)，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标x减i，绳下端坐标的平均值xi(x加ix减i)/2的数据如下表：挂在橡皮绳下挂在橡皮绳下端的钩码个数端的钩码个数橡皮绳下端的坐标橡皮绳下端的坐标(xi/mm)甲甲乙乙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？ 解析(1)因为橡皮绳在伸长后不能完全恢复到原来的长度，所以同一橡皮绳的x加i小于x减i. (2)由于橡皮绳的伸长与拉力(钩码个数)成正比，橡皮绳下端坐标(橡皮绳长度)应随钩码个数的增加线性增加，即每增加一个钩码，橡皮绳下端坐标值的增加相同，从表中数据可以看出，乙同学的测量数据较符合这一要求 (3)由所给数据得改变量如下表所示.挂在橡皮绳下挂在橡皮绳下端的钩码个数端的钩码个数改变量改变量(xix1)/mm甲甲乙乙100230.215.5367.530.04118.547.75178.064.86245.584.5 因甲同学所用橡皮绳已超过了弹性限度，故应选用乙同学数据作图以乙同学数据作图得 由图可得k乙5770 N/m. (4)尽可能使弹簧的伸长量在弹性限度内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量的误差 答案(1)小于(2)乙(3)5770 N/m(4)见解析5.图象法处理图象法处理实验数据实验数据 (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5中，请作出FL图线 (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，请你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)FL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，L05102 m5 cm. 劲度系数为图象直线部分的斜率 k20 N/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(2)520(3)、(4)见解析次数次数123456弹力弹力F/N弹簧的长度弹簧的长度L/(102 m) 方法提炼图象法直观简明，是物理实验中最常用的数据处理方法之一 作图的规则： (1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸若弹簧原长较长，则横坐标起点可以不从零开始选择 (2)作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去) (3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义 跟踪训练(2013广东名校联考)某同学利用如图6甲装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验 (1)他通过实验得到如图6乙所示的弹力大小F与弹簧长度L的关系图线由此图线可得该弹簧原长L0_cm，劲度系数k_N/m. (2)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6丙所示时，该弹簧的长度L_cm. 【答案】(1)450(2)10 【解析】(1)由图乙可知，当F0时，LL0，可得该弹簧的原长L04 cm，劲度系数为图线的斜率k(80)/(204)0.5 (N/cm)50 (N/m)；(2)可得弹簧弹力与长度的关系为Fk(LL0)，将F3 N、L04 cm代入，得L10 cm.