2019版高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 1 实验目的 1 探究弹力与弹簧的伸长量的定量关系 2 学会利用图象法处理实验数据探究物理规律 2 实验原理 弹簧产生的弹力 1 如图S2 1所示 弹簧在下端悬挂钩码时会伸长 平衡时 与钩码的重力 大小相等 图S2 1 2 用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x 建立坐标系 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 根据实验所得的图象 就可探究弹力大小与伸长量之间的关系 3 实验器材 刻度尺 轻质弹簧 一根 钩码 一盒 铁架台 重垂线 坐标纸 三角板等 4 实验步骤 不挂钩码 1 如图S2 2所示 将铁架台放在桌面上 固定好 将弹簧的一端固定在铁架台的横梁上 在接近弹簧处将刻度尺 最小分度为1mm 固定于铁架台上 并检查刻度尺是否竖直 图S2 2 2 记下弹簧下端 所对应的刻度L0 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 5 用xn Ln L0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 计算出所挂钩码的总重力 这个总重力就等于弹簧弹力的大小 将所得数据填入表格 5 数据处理 1 以 为纵坐标 以 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 化的图象 弹力F 弹簧的伸长量x 2 以弹簧的伸长量为自变量 写出图象所代表的函数 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 6 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性造成的 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F x图象上描点 作图不准确 7 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弹性限度 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 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 考点1 对实验原理和误差分析的考查 典题1 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 甲 丙 乙图S2 3 1 如图S2 3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 73cm 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 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 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 如图丙所示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 解析 1 弹簧伸长后的总长度为14 66cm 则伸长量 l 14 66cm 7 73cm 6 93cm 2 逐一增挂钩码 便于有规律地描点作图 也可避免因随 意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧 3 AB段明显偏离直线OA 伸长量 l不再与弹力F成正比 是超出弹簧的弹性限度造成的 答案 1 6 93 2 A 3 弹簧受到的拉力超过了其弹性限度 考点2 实验数据处理 典题2 某学校物理学习小组在做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 1 如图S2 4甲所示 将弹簧的上端O点固定悬吊在铁架台上 旁边放置一刻度尺 刻度尺的零刻度线跟O点对齐 在弹簧的下部A处做一标记 如固定一个指针 在弹簧下端的挂钩上挂上钩码 每个钩码的质量都是50g 指针在刻度尺上指示的刻度为x 逐个增加所挂钩码的个数 刻度x随挂钩上的钩码的重力F的不同而发生变化 将实验测得的相应F x各点描 绘在图乙中 请在图乙中描绘出x随F变化的图象 由图象得出弹簧的劲度系数kA N m 计算结果保留2位有效数字 此弹簧的弹力大小F弹跟弹簧伸长量 x的关系是 甲 乙 图S2 4 2 如果将指针固定在A点的下方P处 再作出x随F变化的图象 得出弹簧的劲度系数与kA相比 可能是 A 大于kAC 小于kA B 等于kAD 无法确定 3 如果将指针固定在A点的上方Q处 再作出x随F变化的图象 得出弹簧的劲度系数与kA相比 可能是 A 大于kAC 小于kA B 等于kAD 无法确定 答案 1 如图D13所示 32 F弹 32 x 2 B 3 A 图D13 考向1 实验原理的创新 重物的重力等于弹簧的弹力时 为消除误差的影响 需要将弹簧竖直悬挂时的长度作为原长 同理如果只是将砝码的重力等于弹簧的弹力时 为消除误差的影响 需要将弹簧挂砝码盘时的长度作为原长 典题3 某同学探究 弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 填 水平 或 竖直 方向上 2 弹簧自然悬挂 待弹簧 时 长度记为L0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记为Lx 在砝码盘中每次增加10g砝码 弹簧长度依次记为L1至L6 数据如下表所示 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可 知所用刻度尺的分度值为 3 如图S2 5所示是该同学根据表中数据所作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 填 L0 或 Lx 的差值 图S2 5 4 由图可知弹簧的劲度系数为 N m 通过图和表可知砝码盘的质量为 g 计算结果保留2位有效数字 重力加速度取9 8m s2 答案 1 竖直 2 静止 L31mm 3 Lx 4 4 910 考向2 数据处理的创新 在数据处理时 原实验是做弹力与伸长量的关系图象 图象的斜率表示劲度系数 也可做出其他的图象 根据物理规律写出两物理量的函数表达式 理解好图象斜率的物理意义 典题4 2014年新课标 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 100kg的砝码时 各指针的位置记为x 测量结果及部分计算结果如下表所示 n为弹簧的圈数 重力加速度取9 80m 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 88cm 图S2 6 1 将表中数据补充完整 图S2 7 3 图S2 7中画出的直线可近似认为通过原点 若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 0 0122 答案 1 81 7 2 略