《（全国通用）2018高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第4讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用）2018高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第4讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4讲 实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系,一、实验目的 1.探究弹力和弹簧伸长之间的关系。 2.学会利用图象法处理实验数据。 二、实验原理 1.如图所示,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。 2.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了。,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、铅笔。 四、实验步骤 1.仪器安装 (1)将弹簧挂在支架上,测量弹簧的原长l0。 (2)在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l。 (3)求出弹簧的伸
2、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,将所测数据填写在下列记录表格中:,2.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x为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试写成一次函数,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。,五、注意事项与误差分析 1.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
3、量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀疏,这样作出的图线更精确。 (3)测量弹簧的原长时要让它自然下垂。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,以减小误差。 (4)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。 (5)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。描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线。,2.误差分析 (1)弹簧拉力大小的不稳定会造成误差。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,待稳定后再读数可以提高实验的准确度。 (2)尽量精确地测量弹簧的长度,也是减小实
4、验误差的基本方法。 (3)描点、作图不准确,造成偶然误差。,六、实验改进 本实验的系统误差主要来自弹簧的重力,可以巧用“弹力变化量”和“弹簧的长度变化量”的关系,通过 来处理实验数据。,考点二,考点一,考点一 实验原理与步骤 典例1 如图甲所示,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。图线不过原点是由于 ;,考点二,考点一,(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下: A.以弹簧伸长量
5、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; 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: 。,考点二,考点一,【解题思路】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧
6、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F=kx 可得k=200 N/m,由于弹簧自身的重力,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。 【参考答案】 (1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧的自身重力 (4)CBDAEFG,考点二,考点一,【名师点睛】 关于图线不过原点的分析思路: (1)看清横纵坐标分别代表的物理量。 (2)观察图线与横轴相交还是与纵轴相
7、交。 (3)以典例1为例,当F=0时,x0,可知当弹簧不挂钩码时,弹簧依然会伸长,所以图线不过原点的原因是弹簧自身具有重力。,考点二,考点一,1.(多选)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,以下说法正确的是 ( AB ) A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度 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 【解析】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,以探究弹力与弹簧伸长量的关系,并且拉力和重力平
8、衡,故A、B项正确;弹簧的伸长量为弹簧下端挂钩码时测出的弹簧长度减去弹簧的原长,C项错误;探究弹力与弹簧伸长量的关系实验中必须用同一个弹簧,D项错误。,考点二,考点一,2.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图中的( C ) 【解析】考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x0,所以C项正确。,考点二,考点一,考点二 数据处理与误差分析 1.图象法 根据测量数据,在建好直角坐
9、标系的坐标纸上描点,以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的直线。 2.列表法 将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内, 弹力与弹簧伸长量的比值是一常数。 3.函数法 根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。,考点二,考点一,典例2 某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。实验时,先把弹簧平放在桌面上,用刻度尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一个钩码均记下对应的弹簧的长度x,数据记录如下表所示。 (1)根据表中数据在图中作出F-x图线; (2)由此图线可得,该弹簧劲度系数
10、k= N/m; (3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是 。,考点二,考点一,【解题思路】(1)用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系,由于实验误差,依据实验数据描出的点有时不会完全在一条直线上,这时所作直线应尽量多地通过这些点,并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线两侧,与其他的点明显相差很远的点应该舍去,该题中所给出的数据点恰好可以在一条直线上,所以直接描点后由刻度尺作图即可;(2)在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比,由F=kx得k= =50 N/m,即图线的斜率为弹簧的劲度系数;(3)由于弹簧有一定重量,将其自然悬挂时的长度与平放时的长度不一样,平放时稍短一些;量取L0时,
11、应将弹簧一端固定在铁架台上的铁夹上,让其自然下垂,再用毫米刻度尺量得自然状态下的原长。,考点二,考点一,【参考答案】 (1)如图所示 (2)50 (3)弹簧自身重力的影响 【名师点睛】 减小实验误差的三个方法: (1)挂完钩码后应等弹簧稳定后再读数。 (2)测量长度时应保持刻度尺和弹簧平行。 (3)描点作图时尽量让所描的点均匀分布在图线的两侧,特别偏的点应舍去。,考点二,考点一,为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码。实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图中标出(g=9.8 m/s2)。,考点二,考点一,(1)作出m-l的关系图线。 (
12、2)弹簧的劲度系数为 0.259(0.2480.262) N/m。,【解析】(1)应使尽量多的点在同一直线上。(2)由胡克定律F=kx,得 =0.259 N/m。,1.(2015福建高考)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验。 (1)图甲是不挂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 6.93 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 A (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
13、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 超过了弹簧的弹性限度 。,【解析】(1)图乙中读数为14.66 cm,因此弹簧的伸长量l=14.66 cm-7.73 cm=6.93 cm;(2)为了能通过图象反映弹簧伸长量与所加拉力的关系,所加拉力应逐渐变化,不能随意地增大,不能超过弹簧的弹性形变范围,A项正确;(3)图丙中图线AB段明显偏离OA段,说明AB段不再遵守胡克定律,超过了弹簧的弹性限度。,2.(2015石家庄模拟)某同学在做探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中,设计了图甲所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,将数据填在下面的表中(弹簧始终在弹性限度内)。,根据实验数据在图乙的坐标纸上已描出了测量的弹簧所受弹力大小F跟弹簧总长x之间的函数关系点,并作出了F-x图线。 (1)图线跟x坐标轴交点的物理意义是 弹簧的原长 。 (2)该弹簧的劲度系数k= 43 N/m (结果保留两位有效数字)。 【解析】(1)图象的坐标原点处,纵坐标表示的弹力为零,根据胡克定律,可知横坐标应是形变量为零的时候,即弹簧处于原长的位置。(2)根据胡克定律F=kx,则图象的斜率表示弹簧的劲度系数,劲度系数,
