高考物理人教一轮复习课件：实验2 探究弹力和弹簧伸长量的关系

实验2　
探究弹力和弹簧
伸长量的关系实验溯本求源│实验热点探究│课时巩固训练
一、实验目的
1.探究弹力与 的定量关系.
2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据.
二、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.沿着弹簧伸长的方向拉弹簧,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
的.
弹簧伸长量实验溯本求源
相等
2.用悬挂法测量弹簧的弹力所运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力 这一原理.
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了.
三、实验器材
轻质弹簧(一根)、钩码(一盒)、铁架台、铅垂线、坐标纸、
. 实验溯本求源
相等毫米刻度尺
四、实验步骤
1.如图S2-1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1 mm)固定于铁架台上,并用
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L 0.
3.在弹簧下端挂上一个钩码,待钩码 后,
记下弹簧下端所对应的刻度L 1. 实验溯本求源
铅垂线图S2-1
静止
4.用上面方法,记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时弹簧下端所对应的刻度L 2、L 3、L 4……并将所得数据记录在表格中.
5.用x n =L n -L 0计算出弹簧下端挂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g 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.
实验溯本求源
钩码个数
0123 (6)
刻度
…伸长量x
…弹力F …
6.根据所测数据在坐标纸上描点,最好以 为纵坐标,以弹簧的伸长量为
横坐标.
7.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).所描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.
8.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……9.解释函数表达式中常数的物理意义.
实验溯本求源
弹簧弹力
热点一　实验原理与实验操作
实验热点探究
例1　在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测量弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图S2-2甲所示.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,每次测量相应的弹簧的总长度.
甲 乙
图S2-2
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(1)某同学通过以上实验测量后把6组实验数据描点在图乙中,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)试根据该同学以上的实验情况,帮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: .
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实验热点探究
钩码个数01235
弹力F/N
弹簧长度
L/(10-2
m)
实验热点探究
变式　把两根轻质弹簧串联起来测量它们各自的劲度系数,如图S2-3甲所示.
　甲 乙 丙
图S2-3
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(1)未挂钩码之前,指针B指在刻度尺如图乙所示的位置上,记为 cm;
(2)将质量为50 g的钩码逐个挂在弹簧Ⅰ的下端,逐次记录两弹簧各自的伸长量;所挂钩码的质量m与每根弹簧的伸长量x的关系图像如图丙所示,由图像可计算出
弹簧Ⅱ的劲度系数k2= N/m;(重力加速度g取9.8 m/s2)
(3)图丙中,当弹簧Ⅰ的伸长量超过17 cm时其图线为曲线,由此可知,挂上第 个钩码时,已经超过它的弹性限度,这对测量弹簧Ⅱ的劲度系数 (选填“有”或“没有”)影响.(弹簧Ⅱ的弹性限度足够大)
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·特别提醒
1.实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度.
2.要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据.
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热点二　数据处理与误差分析
实验热点探究
图S2-4
实验热点探究
实验热点探究
实验热点探究
变式　某同学要探究弹力和弹簧伸长量的关系,并测量弹簧的劲度系数k,做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上,当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数记作l0,弹簧下端每增加一个50 g的砝码时,指针示数分别记作l1、l2、l3、l4、l5,g取9.8 m/s2.
(1)下表记录的是该同学测出的5个值,其中未记录l0,以砝码的数目n为纵轴,以弹簧的长度l为横轴,根据表格中的数据,在如下坐标纸中作出n-l图线;
代表符号l0l1l2l3l4l5
刻度值/cm3.405.106.858.6010.30
实验热点探究
图S2-5
(2)根据图线可知弹簧的劲度系数k= N/m;
(3)根据图线可知弹簧的原长l0= cm.
实验热点探究
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·特别提醒
1.图像法处理实验数据的要点
(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.
(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.
实验热点探究
2.实验数据处理的方法
(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)图像法:以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据对应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线.
(3)函数法:弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系.
课时巩固训练
1.某同学做“探究某根弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系”实验.根据实验数据作出了F与x的关系图像(如图S2-6所示).
(1)F与x的比值称为弹簧的劲度系数k,实验得出的
k= N/m.
(2)若实验得出的F与x的关系图像中直线的斜率越
小说明弹簧越软,悬挂同一重物(在弹簧弹性限度内)
图S2-6
软弹簧伸长量比硬弹簧伸长量 (选填“长”或“短”).
课时巩固训练
课时巩固训练
2.表中是某同学做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验时所测的几组数据:
(1)请你在图S2-7中的坐标纸上作出F-x 图像.(2)写出图线所代表的函数关系式(x 用m 为单位): .　
(3)写出函数表达式中常数的物理意义:　.
(4)若弹簧的原长为40 cm,并且以弹簧的总长度L 为自变量,写出函数表达式(单
位为N 和m):　. 弹力F/N 0.51.01.52.02.5
弹簧的伸长量x/cm 2.65.07.29.812.4
图S2-7
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3.某同学利用如图S2-8(a)所示
的装置做“探究弹簧弹力大小
与其长度的关系”的实验.
(1)在安装刻度尺时,必须使刻
度尺保持 状态.
图S2-8
(2)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线,由此图线可得该弹簧的原长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(c)所示时,此时弹簧的长度x= cm.
课时巩固训练
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4.[2017·绵阳南山中学模拟]某同学利用如图S2-9甲所示装置来研究弹簧弹力与形变量的关系.设计的实验如下:A、B是质量均为m0的小物块,A、B间由轻弹簧相连,A的上面通过轻绳绕过两个定滑轮与一轻质挂钩相连.挂钩上可以挂上不同质量的物体C.物块B下放置一压力传感器.物体C右边有一个竖直的直尺,可以测出挂钩下移的距离.整个实验中弹簧均处于弹性限度内.重力加速度g取9.8
m/s2.实验操作如下:
①不悬挂物体C,让系统保持静止,确定挂钩的位置0,并读出压力传感器的示数F
;
0②每次挂上不同质量的物体C,用手托住,缓慢释放.测出系统稳定时挂钩相对0点下移的距离x1,并读出相应的压力传感器的示数F1;
课时巩固训练
③以压力传感器示数为纵轴,挂钩下移距离为横轴,根据每次测量的数据,描点作出F-x图像如图乙所示.
图S2-9
(1)由图像可知,在实验误差范围内,可以认为弹簧弹力与弹簧形变量成
不确定关系”).
反比”“
(选填“正比”“
(2)由图像可知,弹簧的劲度系数k= N/m.
课时巩固训练
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5.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,用直尺测出弹簧的原长L0=4.6 cm,再把弹簧竖直悬挂起来,在下端挂钩码,每增加一个钩码记下对应的弹簧长度x,数据记录如下表所示:
钩码个数12345
弹力F/N1.02.03.04.05.0
弹簧的长度x/cm7.09.011.013.015.0
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(1)根据表中数据在图S2-10中作出F-x图线;
图S2-10
(2)由此图线可得,该弹簧劲度系数k= N/m;
(3)图线与x轴的交点的横坐标大于L0的原因是　.
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6.如图S2-11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长度的关系.
(1)实验中还需要的测量工具有　.
(2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x.由图可知,图线不通过原点的原因是 ;弹簧的劲度系数k= N/m.(计算结果保留两位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)
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(3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像,下列说法正确的是 .
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小
D.弹力与弹簧长度成正比
图S2-11
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[答案] (1)毫米刻度尺　(2)弹簧自身重力的影响　4.9　(3)B。