高考物理一轮总复习实验2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 实验原理 1 弹簧受力会发生形变 形变的大小与受到的外力有关 沿着弹簧的方向拉弹簧 当形变稳定时 弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的 注 弹簧质量不计 2 用悬挂法测量弹簧的弹力 运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 3 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长度进行计算 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 即寻求F kx的关系 实验要求 2 实验器材弹簧 毫米刻度尺 铁架台 钩码若干 坐标纸 3 实验步骤 1 如图所示 将铁架台放在桌面上 固定好 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 在靠近弹簧处将刻度尺 最小分度为1mm 固定于铁架台上 并用重垂线检查刻度尺是否竖直 2 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0 即弹簧的原长 3 在弹簧下端挂上钩码 待钩码静止时测出弹簧的长度l 求出弹簧的伸长量x和所受的外力F 等于所挂钩码的重力 4 改变所挂钩码的数量 重复上述实验 要尽量多测几组数据 将所测数据填写在表格中 1 数据处理 1 列表法将测得的F x填入设计好的表格中 可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的 2 图象法以弹簧伸长量x为横坐标 弹力F为纵坐标 描出F x各组数据相应的点 作出的拟合曲线 是一条过坐标原点的直线 2 误差分析 1 钩码标值不准确 弹簧长度测量不准确带来误差 2 画图时描点及连线不准确也会带来误差 方法规律 3 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 弹簧弹力有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 描线的原则是 尽量使各点落在描画出的线上 少数点分布于线两侧 描出的线不应是折线 而应是光滑的曲线 1 数据处理及分析 1 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 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 考点1实验数据分析处理 2 根据所测数据在坐标纸上描点 以弹簧弹力为纵坐标 以弹簧的伸长量为横坐标 3 按照图中各点的分布与走向 尝试作出一条平滑的曲线 包括直线 所画的点不一定正好都在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 4 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 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 2 图象法处理实验数据的规则 1 作图一定要用坐标纸 坐标纸的大小要根据有效数字的位数和结果的需要来定 2 要标明坐标轴物理量 单位 在轴上每隔一定的间距按有效数字的位数标明数值 3 图上的连线不一定通过所有的数据点 而应尽量使数据点合理地分布在线的两侧 4 作图时常通过选取适当的坐标轴使图线线性化 即 化曲为直 例1 2017届湖南永州检测 1 某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L的关系实验时得到如图甲所示的F L图象 由图象可知 弹簧原长L0 cm 求得弹簧的劲度系数k N m 甲 2 如图乙的方式挂上钩码 已知每个钩码重G 1N 使 1 中研究的弹簧压缩 稳定后指针指示如图 则指针所指刻度尺示数为 cm 由此可推测图中所挂钩码的个数为 个 乙 思路剖析 1 弹簧处于自然状态 由图知原长是多少 2 F L图象中图线的斜率代表什么 3 由图可知 该刻度尺的读数为多少 弹簧被压缩多少 弹簧受到的弹力是多大 答案 1 3 0200 2 1 503 2 某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据 作出了外力F与伸长量x之间的关系图象如图所示 由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k N m 3 若橡皮条的原长为10 0cm 横截面积为1 0mm2 则该橡皮筋的杨氏模量Y的大小是 只填数字 单位取 1 中的正确单位 结果保留2位有效数字 答案 1 D 2 5 102 3 5 0 107N m2 1 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 描线的原则是 尽量使各点落在描画出的线上 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 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 2 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 一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的滑轮 在水平方向做实验 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 考点2实验的改进与创新 例2 2017届安徽马鞍山检测 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 并测定弹簧的劲度系数 的实验中 实验装置如图 所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了水平向右恒定的拉力 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总长度 1 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中 请作出F L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 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 思路剖析 1 数据描点在坐标图中 作F L图线应注意什么问题 2 弹簧的原长L0是弹力多大时的弹簧长度 3 图象直线部分的斜率表示什么 答案 1 见解析 2 520 3 见解析 解析 1 用平滑的曲线将各点连接起来 如图所示 2 弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度 由图象可知 L0 5 10 2m 5cm 劲度系数为图象直线部分的斜率 k 20N m 3 优点在于 避免弹簧自身所受重力对实验的影响 缺点在于 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差 练2 2017届延安质检 用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数 被测弹簧一端固定于A点 另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码 旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺 当挂两个钩码时 绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示 再增加一个钩码后 P点对应刻度如图乙中cd虚线所示 已知每个钩码质量为50g 重力加速度g 9 8m s2 则被测弹簧的劲度系数为 N m 挂3个钩码时弹簧的形变量为 cm 答案 702 10 甲乙 热点题组一实验操作 数据处理1 2017年岳阳模拟 1 在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 以下说法正确的是 A 弹簧被拉伸时 所挂钩码越多 误差越小B 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C 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 得出拉力与伸长量之比相等 模拟精选 组合专练 2 某同学做 探究弹力和弹簧伸长的关系 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L0 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L 把L L0作为弹簧的伸长量x 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 ABCD 答案 1 B 2 C 解析 1 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 以探索弹力与弹簧伸长的关系 并且拉力和重力平衡 2 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x 0 所以选C 2 2017年太原模拟 某同学利用如图甲所示装置做 探究弹簧弹力大小与其长度的关系 的实验 甲乙丙 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 2 450 3 10 热点题组二实验拓展与创新3 多选 2017年长春模拟 如图甲所示 一个弹簧一端固定在传感器上 传感器与计算机相连 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 甲 乙 A 弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B 弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C 该弹簧的劲度系数是200N mD 该弹簧受到反向压力时 劲度系数不变 答案 BCD