《导学教程高考物理总复习 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《导学教程高考物理总复习 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（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验二实验二探究弹力和弹簧伸长的关系探究弹力和弹簧伸长的关系【实验目的实验目的】1探究弹力和弹簧伸长的定量关系。探究弹力和弹簧伸长的定量关系。2学会用列表法和图象法处理实验数据。学会用列表法和图象法处理实验数据。【实验原理实验原理】1如图实如图实1所示，在弹簧下端悬挂钩码时所示，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。重力大小相等。课前预习课前预习基础落实基础落实图实图实12弹弹簧簧的的长长度度可可用用刻刻度度尺尺直直接接测测出出，伸伸长长量量可可以以由由拉拉长长后后的的长长度度减减去去弹弹簧簧原原来来的的长长度
2、度进进行行计计算算。这这样样就就可可以以研研究究弹弹簧簧的的弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长量量之之间的定量关系了。间的定量关系了。【实验器材实验器材】铁铁架架台台、弹弹簧簧、毫毫米米刻刻度度尺尺、钩钩码码若若干干、三三角角板板、坐标纸、重垂线、铅笔。坐标纸、重垂线、铅笔。【实验过程实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1将将弹弹簧簧的的一一端端挂挂在在铁铁架架台台上上，让让其其自自然然下下垂垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。，即原长。2如如图图实实2所所示示，在在弹弹簧簧下下端端挂挂质质量量为为m1的的钩钩码码，量量出出此此时时弹弹簧簧的的长长
3、度度l1，记记录录m1和和l1，填填入入自己设计的表格中。自己设计的表格中。图实图实23改改变变所所挂挂钩钩码码的的质质量量，量量出出对对应应的的弹弹簧簧长长度度，记记录录m2、m3、m4、m5和和相相应应的的弹弹簧簧长长度度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。钩码个数钩码个数长度长度伸长量伸长量x钩码质量钩码质量m弹力弹力F0l01l1x1l1l0m1F12l2x2l2l0m2F23l3x3l3l0m3F3 二、数据处理二、数据处理1 1以以弹弹力力F F( (大大小小等等于于所所挂挂钩钩码码的的重重力力) )为为纵纵坐坐标标，
4、以以弹弹簧簧的的伸伸长长量量x x为为横横坐坐标标，用用描描点点法法作作图图。连连接接各各点，得出弹力点，得出弹力F F随弹簧伸长量随弹簧伸长量x x变化的图线。变化的图线。2 2以以弹弹簧簧的的伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出曲曲线线所所代代表表的的函函数数。首首先先尝尝试试一一次次函函数数，如如果果不不行行则则考考虑虑二二次次函函数。数。3 3得得出出弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长之之间间的的定定量量关关系系，解解释释函数表达式中常数的物理意义。函数表达式中常数的物理意义。【误差分析误差分析】1 1弹弹簧簧拉拉力力大大小小的的不不稳稳定定会会造造成成误误差差。因因此此，使使弹弹簧簧的的
5、悬悬挂挂端端固固定定，另另一一端端通通过过悬悬挂挂钩钩码码来来充充当当对对弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度。弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度。2 2弹弹簧簧长长度度的的测测量量，是是本本实实验验的的主主要要误误差差来来源源。所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度。【注意事项注意事项】1 1所所挂挂钩钩码码不不要要过过重重，以以免免弹弹簧簧被被过过分分拉拉伸伸，超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止。超出它的弹性限度，要注意观察，适可而止。2 2每每次次所所挂挂钩钩码码的的质质量量差差尽尽量量大大一一些些，从从而而使使坐标上描的点尽
6、可能稀，这样作出的图线更精确。坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确。3 3测测弹弹簧簧长长度度时时，一一定定要要在在弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂且且处处于平衡状态时测量，以免增大误差。于平衡状态时测量，以免增大误差。4描描点点画画线线时时，所所描描的的点点不不一一定定都都落落在在一一条条曲曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。5记记录录数数据据时时要要注注意意弹弹力力及及弹弹簧簧伸伸长长量量的的对对应应关系及单位。关系及单位。课堂互动课堂互动考点突破考点突破考点一实验原理与操作考点一实验原理与操作例例1 (2016临临沂沂模模拟拟)
7、如如图图实实3甲甲所所示示，用用铁铁架架台台、弹弹簧簧和和多多个个已已知知质质量量且且质质量量相相等等的的钩钩码码探探究究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。图实图实3(1)为为 完完 成成 实实 验验 ， 还还 需需 要要 的的 实实 验验 器器 材材 有有_。(2)实实 验验 中中 需需 要要 测测 量量 的的 物物 理理 量量 有有_。(3)(3)图图实实3乙乙是是弹弹簧簧弹弹力力F与与弹弹簧簧伸伸长长量量x的的Fx图图线线，由由此此可可求求出出弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_ N/m。 图图 线线 不不 过过 原原 点点 的的 原原 因因
8、是是 由由 于于_。(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：为完成该实验，设计的实验步骤如下：A以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为横横坐坐标标，以以弹弹力力为为纵纵坐坐标标，描出各组描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B记记下下弹弹簧簧不不挂挂钩钩码码时时其其下下端端的的刻刻度度尺尺上上的的刻刻度度l0；C将将铁铁架架台台固固定定于于桌桌子子上上，并并将将弹弹簧簧的的一一端端系系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；D依依次次在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上1个个、2个个、3个个、4个个钩钩码码，并并分分别别记记
9、下下钩钩码码静静止止时时弹弹簧簧下下端端所所对对应应的的刻刻度度，并记录在表格内，然后取下钩码；并记录在表格内，然后取下钩码；E以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出弹弹力力与与伸伸长长量量的的关关系系式式。首首先先尝尝试试写写成成一一次次函函数数，如如果果不不行行，则则考考虑二次函数；虑二次函数；F解释函数表达式中常数的物理意义；解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器。整理仪器。请请将将以以上上步步骤骤按按操操作作的的先先后后顺顺序序排排列列出出来来：_。 解解析析(1)根根据据实验原原理理可可知知还需需要要刻刻度度尺尺来来测量量弹簧簧原原长和和形形变量量；(2)根根据据实验
10、原原理理，实验中中需需要要测量量的的物物理理量量有有弹簧簧的的原原长、弹簧簧所所受受外外力力与与对应的的伸伸长量量(或或与与弹簧簧对应的的长度度)；(3)取取图象象中中(0.5，0)和和(3.5，6)两两个个点点，代代入入Fkx可可得得k200 N/m，由由于于弹簧簧自自重重的的影影响响，使使得得弹簧簧不不加加外外力力时就就有有形形变量量。(4)根据完成根据完成实验的合理性可知先后的合理性可知先后顺序序为CBDAEFG。答答案案(1)刻刻度度尺尺(2)弹弹簧簧原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长量量(或或与与对对应应的的长长度度)(3)200弹弹簧簧自自重重(4)CBDA
11、EFG规律总结规律总结实实验验中中要要选选取取轻轻弹弹簧簧，尽尽可可能能减减小小弹弹簧簧重重力力产产生的影响。生的影响。根根据据胡胡克克定定律律，弹弹簧簧的的弹弹力力与与弹弹簧簧的的伸伸长长量量成成正正比比，因因而而实实验验中中需需做做Fx图图象象，其其中中x为为弹弹簧簧的的伸伸长量。长量。1(1)在在“探探究究弹弹力力与与弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系”的的实实验中，以下说法正确的是验中，以下说法正确的是A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B用用悬悬挂挂钩钩码码的的方方法法给给弹弹簧簧施施加加拉拉力力，应应保保证证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态弹簧位于竖直
12、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用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D用用几几个个不不同同的的弹弹簧簧，分分别别测测出出几几组组拉拉力力与与伸伸长量，得出拉力与伸长量之比相等长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)(2)某同学做某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系探究弹力与弹簧伸长量的关系”的的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺实验，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测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码，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后测出弹簧伸长后的长度L，把，把LL0作为弹簧的伸长量作为弹簧的伸长量
13、x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的，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图线可能是图中的解解析析(1)实验中中应以以所所研研究究的的一一根根弹簧簧为实验对象象，在在弹性性限限度度内内通通过增增减减钩码的的数数目目来来改改变对弹簧簧的的拉拉力力，以以探探索索弹力力与与弹簧簧伸伸长量量的的关关系系，并并且且拉拉力和重力平衡，所以力和重力平衡，所以选A、B。(2)由由于于考考虑弹簧簧自自身身重重力力的的影影响响，当当不不挂挂钩码时，弹簧的伸簧的伸长量量x0，所以，所以选C。答案答案(1)AB(2)C考点二实验数据的处理考点二实验数据的处理例例2 (2014浙浙江
14、江理理综综)在在“探探究究弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长的的关关系系”时时，某某同同学学把把两两根根弹弹簧簧如如图图实实4连连接接起来进行探究。起来进行探究。(1)某某次次测测量量如如图图实实5所所示示，指指针针示示数数为为_cm。图实图实4 图实图实5(2)在在弹弹性性限限度度内内，将将50 g的的钩钩码码逐逐个个挂挂在在弹弹簧簧下下端端，得得到到指指针针A、B的的示示数数LA和和LB如如表表所所示示。用用表表中中数数据据计计算算弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_N/m(重重力力加加速速度度g10 m/s2)。由由表表中中数数据据_(填填“能能”或或“不不能能”)计算出弹簧计算出弹簧的劲度系数
15、。的劲度系数。钩码数钩码数1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36答答案案 (1)15.9516.05(有有效效数数字字位位数数正正确确) (2)(12.2012.80均可均可)能能2某某实实验验小小组组在在探探究究弹弹力力与与弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系时时，先先把把弹弹簧簧平平放放在在桌桌面面上上，用用刻刻度度尺尺测测出出弹弹簧簧的的原原长长L04.6 cm，再再把把弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂起起来来，在在下下端端挂挂钩钩码码，每每增增加加一一个个钩钩码码均均记记下下对对应应的的弹弹簧簧长长度度x，数数据据记录如下表所示
16、。记录如下表所示。钩码个数钩码个数12345弹力弹力F/N1.02.03.04.05.0弹簧长度弹簧长度x/cm7.09.011.013.015.0图实图实6(1)根据表中数据在图实根据表中数据在图实6中作出中作出Fx图线；图线；(2)由由 此此 图图 线线 可可 得得 ， 该该 弹弹 簧簧 劲劲 度度 系系 数数 k_N/m；(3)图图 线线 与与 x轴轴 的的 交交 点点 坐坐 标标 大大 于于 L0的的 原原 因因 是是_。答案答案(1)如图所示如图所示(2)50(3)弹簧自身重力的影响弹簧自身重力的影响考点三创新实验设计考点三创新实验设计本本实实验验的的系系统统误误差差来来自自弹弹簧簧
17、的的重重力力，所所以以改改进进实实验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响。验的思路应该是尽可能减小弹簧自身重力的影响。1 1可可以以是是将将弹弹簧簧穿穿过过一一根根水水平平光光滑滑的的杆杆，在在水水平方向做实验。平方向做实验。2 2利利用用计计算算机机及及传传感感器器技技术术，将将弹弹簧簧水水平平放放置置，且且一一端端固固定定在在传传感感器器上上，传传感感器器与与计计算算机机相相连连，对对弹弹簧簧施施加加变变化化的的作作用用力力( (拉拉力力或或推推力力) )时时，计计算算机机上上得得到到弹弹簧簧弹弹力力和和弹弹簧簧形形变变量量的的关关系系图图象象( (如如图图实实7 7甲甲、乙所示乙所示
18、) )，分析图象得出结论。，分析图象得出结论。图实图实7例例3 (2016重重庆庆质质检检)某某同同学学在在研研究究性性学学习习中中，利利用用所所学学的的知知识识解解决决了了如如下下问问题题：一一轻轻弹弹簧簧一一端端固固定定于于某某一一深深度度为为h0.25 m、且且开开口口向向右右的的小小筒筒中中(没没有有外外力力作作用用时时弹弹簧簧的的另另一一部部分分位位于于筒筒内内)，如如图图实实8甲甲所所示示，如如果果本本实实验验的的长长度度测测量量工工具具只只能能测测量量出出距距筒筒口口右右端端弹弹簧簧的的长长度度l，现现要要测测出出弹弹簧簧的的原原长长l0和和弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数，该该同同
19、学学通通过过改改变变挂挂钩钩码码的的个个数数来来改改变变l，作出作出Fl变化的图线如图实变化的图线如图实8乙所示。乙所示。图实图实8(1)由此图线可得出的结论是由此图线可得出的结论是_；(2)弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_ N/m，弹弹簧簧的的原原长长l0_ m； (3)(3)该该同同学学实实验验时时，把把弹弹簧簧水水平平放放置置与与弹弹簧簧悬悬挂挂放置相比较，优点在于放置相比较，优点在于_；缺点在于；缺点在于_。解解析析(1)在在弹弹性性限限度度内内，弹弹力力与与弹弹簧簧的的伸伸长长量量成正比。成正比。(2)由由Fkx和和乙乙图图可可知知：(3010)k20102所以所以k100 N/m由乙图可知由乙图可知F20 N时，时，l10 cm0.1 m，所以所以20k(0.10.25l0)，即即l00.15 m。(3)优优点点是是避避免免弹弹簧簧自自身身重重力力对对实实验验的的影影响响，缺缺点点是是弹弹簧簧与与筒筒及及绳绳子子与与滑滑轮轮间间存存在在的的摩摩擦擦会会造造成成实实验验误差。误差。答案答案见见解析解析
