《2020届高考物理总复习 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020届高考物理总复习 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系,【实验目的】 1.探究弹力和弹簧伸长的关系。 2.学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。,【实验原理】 1.如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，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，并根据图线特征拟合，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。,【实验器材】 铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。,【实验过程】
2、 1.根据实验原理图，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(分度值为1 mm)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。 记录表：弹簧原长l0=_cm。,【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
3、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表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。,【误差分析】 1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。,2.偶然误差： (1)弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。 (2)作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。,【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，要注意观察，适可而止。 2.每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些。,3.测弹簧长度时，一定要在
4、弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，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.记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位。 6.坐标轴的标度要适中。,热点一 教材原型实验 典例1 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_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.
5、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)由题图乙知，读数为14.66 cm，所以弹簧伸长量l=(14.66-7.73)cm=6.93 cm。(2)若随意增减钩码，作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度，所以应逐一增挂钩码，选项A正确。(3)由题图丙知AB段弹簧伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧的弹性限度。,答案：(1)6.93 (2)A (3)钩码重力超
6、过弹簧的弹性限度,【解题通法】数据处理的三种方法 (1)解析法：以弹簧的伸长量为自变量，尝试写出弹力和弹簧伸长量的函数解析式，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数。 (2)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。,(3)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。,热点二 创新拓展实验,题型1 实验装置改进 典例2 某同学在研究性学习中，利用所学的知识解 决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为 h=0.25 m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧 的另
7、一端位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度 测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度l，现要测 出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变,挂钩码的个数来改变l，作出F-l变化的图线如图乙所示。,(1)由此图线可得出的结论是 。 (2)弹簧的劲度系数为_ N/m，弹簧的原长l0=_ 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：_ 。,【创新点分析】(1)弹簧水平放置，避免弹簧自身重力对实验的影响。 (2)利用F-l图象进行数据处理，而非F-x图象。,【解析】(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比。 (2)由F=kx和乙图可知：(30-1
8、0)=k2010-2，所以k=100 N/m，由乙图可知F=20 N时，l=10 cm= 0.1 m，所以20=k(0.1+0.25-l0)，即l0=0.15 m。,(3)优点是避免弹簧自身重力对实验的影响，缺点是弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差。,答案：(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比 (2)100 0.15 (3)避免弹簧自身重力对实验的影响 弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差,题型2 实验原理、目的创新 典例3 橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F=kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明k
9、=Y ，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。,(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应该是 ( ) A.N B.m C.N/m D.Pa,(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L=20.00 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000 mm，那么测量工具a应该是_，测量工具b应该是 。,(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。请作出F-x图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k=_ N/m。,(4)这种橡皮筋的Y值等于_。,【创新点分析】(1)研究对象由弹簧变为橡皮筋。 (2)分析的物理量变为杨氏模量Y。,【解析】(1)在弹性限度内，弹力F与伸长量x成正比， F=kx，由题意可知k= ，则F=kx=Y x， 解得杨氏模量Y= ，各物理量取国际单位得杨氏模量 的单位是N/m2=Pa，选项D正确。,(2)根据精确度判断可知a为毫米刻度尺，b为螺旋测微 器。 (3)根据表格数据，描点、连线，可得F-x图象如图所 示。根据斜率的物理意义表示劲度系数k，k= 3.1102 N/m。,(4)根据Y= 求得，Y5106 Pa。 答案：(1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器 (3)图见解析 3.1102 (4)5106 Pa,
