《高考物理总复习主题二相互作用与运动定律实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系课件新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理总复习主题二相互作用与运动定律实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系课件新人教版（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验 探究弹力与弹簧伸长量的关系 一 实验目的 1 探究弹力与弹簧伸长的关系 2 学会利用列表法 图象法 函数法处理实验数据 3 验证胡克定律 二 实验原理 1 如图1所示 在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长 平衡时弹簧 产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 图1 三 实验器材 铁架台 弹簧 毫米刻度尺 钩码若干 坐标纸 四 实验步骤 1 按图2安装实验装置 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻 度l0 图2 2 在弹簧下端悬挂一个钩码 平衡时记下弹簧的总长度并记下 钩码的重力 3 增加钩码的个数 重复上述实验过程 将数据填入表格 以F 表示弹力 l表示弹簧的总长度 x l l0表示弹簧的伸长量 123
2、4567 F N0 l cm x cm0 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 如图3所示 图3 六 误差分析 由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作 存在较大的测 量误差 另外由于弹簧自身的重力的影响 即当未放重物时 弹簧在自身重力的作用下 已经有一个伸长量 这样所作 图线往往不过原点 七 注意事项 1 所挂钩码不要过重 以免弹簧被过分拉伸 超出它的弹性 限度 2 每次所挂钩码的质量差尽量大一些 从而使坐标上描的点 尽可能稀一些 这样作出的图线精确 3 测弹簧长度时 一定要在弹簧
3、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 以免增大误差 4 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 5 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 要点一 实验原理及实验操作 例1 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 方向 填 水平 或 竖直 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10 g砝 码 弹簧长度依次记为L1至L6 数据如下表 代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6 数值值 cm
4、 25 3527 3529 3531 3033 435 3537 4039 30 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知 所用刻度尺的最小分度为 3 图4是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴 是弹簧长度与 的差值 填 L0 或 Lx 图4 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 结果保留两位有效数字 重力加 速度取9 8 m s2 解析 1 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起 所 以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向 2 弹簧静止时 记录原长L0 表中的数据L3与其他数据有效数 字位数不同 所以数据L3不规范 标准数据应读至厘米位的后
5、 两位 最后一位应为估计值 精确至mm位 所以刻度尺的最小 分度为1 mm 3 由题图知所挂砝码质量为0时 x为0 所以x L Lx 答案 1 竖直 2 静止 L3 1 mm 3 Lx 4 4 9 10 要点二 实验数据处理 例2 一位同学做 探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系 所 测的几组数据见下表 请你根据表中数据作出分析 弹弹力F N0 51 01 52 0 弹弹簧原来长长度L0 cm15 015 015 015 0 弹弹簧后来长长度L cm16 017 117 919 0 弹弹簧伸长长量x cm 1 算出每一次弹簧的伸长量 并将结果填在表中的空格内 2 在坐标图上作出F x图线 3 写
6、出图线的函数表达式 x用cm作单位 4 函数表达式中常数的物理意义 图5 解析 1 弹弹力F N0 51 01 52 0 弹弹簧伸长长量x cm1 02 12 94 0 2 根据表格数据在F x坐标图上描点 根据描的点作直线 使 所描各点拟合在直线上 不在直线上的点均匀分布在直线两侧 3 根据 2 中的F x图线知 F与x是正比例函数 设表达式为 F kx 将F 0 5 N x 1 0 cm代入得 k 0 5 N cm 故函数表达式为F 0 5x N 4 函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数 答案 见解析 要点三 创新实验 例3 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 并测定弹簧的劲度系 数 的实验中
7、实验装置如图6所示 所用的每个钩码的重力 相当于对弹簧提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 图6 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7 中 请作出F L图线 图7 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 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 F L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 L0 5
8、10 2 m 5 cm 劲度系数为图象直线部分的斜率 k 20 N m 3 记录数据的表格如下表 次数123456 弹弹力F N 弹弹簧的长长度 L 10 2 m 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 见解析图 2 5 20 3 4 见解析 1 下列关于 探究弹力和弹簧伸长量的关系 实验的说法中正 确的是 A 实验中k的具体数值必须计算出来 B 如果没有测出弹簧原长 用弹簧长度L代替x F L图线也 是过原点的一条直线 C 利用F x图线可求出k值 D 实验时要把所有点连到线上 才能探究得到真实规律 解析 探究弹力和
9、弹簧伸长量的关系 实验中利用F x图 线可求出k值 但不一定要求解出k值 实验中用弹簧长度L代 替x F L图线不是过原点的一条直线 作图时绝大多数点 通过直线 偏离较大的点应舍去 C项正确 答案 C 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验 他先把 弹簧平放在桌面上使其自然增长 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 解析 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 所以选项C正确 答案 C 3 某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 时
10、 安装好实验装 置 让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐 在弹簧下端挂1个钩码 静止时弹簧长度为l1 如图8甲所示 图乙是此时固定在弹 簧挂钩上的指针在刻度尺 最小分度是1毫米 上位置的放大图 示数l1 cm 在弹簧下端分别挂2个 3个 4个 5 个相同钩码 静止时弹簧长度分别是l2 l3 l4 l5 已知每个 钩码质量是50 g 挂2个钩码时 弹簧弹力F2 N 当 地重力加速度g 9 8 m s2 要得到弹簧伸长量x 还需要测量 的是 作出F x曲线 得到弹力与弹簧伸长量的 关系 解析 由图乙可估读为25 85 cm 挂2个钩码时 弹簧弹力等于 钩码的重力 即F2 2mg 0 98 N 由于弹簧伸长
11、量等于弹簧现 在的长度减去弹簧原长 因此要得到伸长量 还需要测量弹簧 原长 答案 25 85 0 98 弹簧原长 图8 4 在 探究弹力和弹簧伸长关系 的 实验中 某实验小组将不同数量的 钩码分别挂在竖直弹簧下端进行测 量 根据实验所测数据 利用描点 法作出了所挂钩码的重力G与弹簧 总长L的关系图象 根据图象回答 以下问题 1 弹簧的原长为 cm 2 弹簧的劲度系数为 N m 3 分析图象 总结出弹力F跟弹簧长度L之间的关系式为 L用m为单位 图9 答案 1 10 2 1 000 3 F 1 000 L 0 10 N 5 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 图10 1 图10甲是不挂
12、钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 其示 数为7 73 cm 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 图丙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 由题图乙标尺刻度可知示数l2 14 66 cm l l2 l1 6 93 cm
13、2 为防止弹簧超出弹性限度 应逐渐增加钩码 的重量 故选A 3 由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系 主要原因是钩码重力超出弹簧的弹性限度 答案 1 6 93 2 A 3 超出弹簧的弹性限度 6 某同学用如图11甲所示的装置做 探究弹力和弹簧伸长的关 系 的实验 他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺 的刻度 然后在弹簧下端挂上钩码 并逐个增加钩码 分别 测出指针所指刻度尺的刻度 所得数据列表如下 g取10 m s2 图11 钩码质钩码质 量 m g 0100200300400500600700 刻度尺的 刻度x cm 11 7013 4015 1016 8518 6020 3022 1024 05 1 根据所测数据 在坐标纸 图乙 上画出弹簧指针所指刻度尺 的刻度x与钩码质量m的关系图线 2 根据x m图线可计算出 该弹簧的劲度系数为 N m 结果保留3位有效数字 解析 1 描点作图 如图所示 答案 1 见解析图 2 58 3 56 5 58 5
