2016年高考物理一轮 广东专版 习题课件 第二章 相互作用 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系.ppt

图实－2－3
(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F－x图线，由此可 求出弹簧的劲度系数为________ N/m。图线不过原点的原因是 由于________________________________________________。
提示：图线在x轴上的截距表示弹簧重力引起弹簧的伸长量。
2．若实验做出的F－x图线是曲线，说明实验中出现了什 么问题？
提示：F－x图线是曲线，说明弹簧超出弹性限度。
(二)实验器材的创新 利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定 在传感器上，传感器与电脑相连，如图实－2－13甲所示，对 弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，电脑上得到弹簧弹力 和弹簧形变量的关系图象，分析图象(如图乙所示)得出结论。
一、本题创新点分析 1．源于教材——本例中所使用的器材及探究原理与本实 验是相同的。 2．高于教材——本实验中将弹簧水平放置，避免了弹簧 自身重力对实验的影响。
二、本实验还可以从以下方面进行改进创新 (一)数据处理 1．在实验操作中若弹簧的自然长度是在弹簧水平自然状 态下测出的，则发现F－x图象不过原点，图线在x轴上有截 距，其截距的物理意义是什么？来自6弹簧伸长/cm
五、数据处理 (1)以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数 据在坐标纸上描点。 (2)按照图中各点的分布与走向，作出一条平滑的图线。所 画的点不一定正好都在这条图线上，但要注意使图线两侧的点 数大致相同。 (3)以弹簧的伸长为自变量，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。
图实－2－9
(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤， 当弹簧秤上 的示数如图实－2－9(c)所示时，该弹簧的长度 x＝______ cm。
解析：图线在横轴上的截距等于弹簧的原长x0＝4.00 cm，图线斜 率等于弹簧的劲度系数k＝50 N/m。把该弹簧做成一把弹簧秤， 当弹簧秤上的示数为3.0 N时，弹簧伸长Δx＝6 cm。该弹簧的长 度x＝x0＋Δx＝10 cm。
(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。
七、误差分析 (1)钩码标值不准确造成系统误差。 (2)弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差。
实验原理与操作
[例1] (2014· 临沂模拟)如图实－2－3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。
解析：在未悬挂重物时指针正对刻度5，弹簧的原长x0＝5。当挂 上80 40， 当指针正对20时，弹簧的伸长x2＝15 则根据胡克定律得F1∶F2＝x1∶x2 代入解得 F2＝30 N N重物时，指针正对45，弹簧的弹力F1＝80 N，伸长x1＝
答案：AC
4．(2014· 深圳调研)某同学利用如图实－2－9(a)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。 (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＝________ 系数k＝________ N/m。 cm，劲度
(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，将所测数据填写在下列表格中 记录表：弹簧原长l0＝________ cm。
次数 内容 拉力F/N 弹簧总长/cm
1
2
3
4
5
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量的关系。 (2)学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律。
二、实验原理 (1)如图实－2－1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。
图实－2－1
(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，根据实验所得的图线， 就可探知弹力大小与伸长量间的关系。
(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下： A．以弹簧伸长量为横坐标，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l0；
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、4个„„钩码， 并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： ________________。
的关系”实验。所用的钩码每只的质量为30 g。实验中，先测出不 挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳 定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中。(弹力始终未超 过弹性限度，取g＝10 m/s2)
记录数据组 钩码总质量/g 弹簧总长/cm
1 0 6.00
2 30 7.11
3 60 8.20
图实－2－10
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图 实－2－11中，请作出F－L图线。
图实－2－11
(2)由此图线可得出的结论是_______________________。 该弹簧的原长为 L0＝______ cm，劲度系数 k＝______ N/m。
(3)试根据以上该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记 录实验数据的表格。(不必填写其实验测得的具体数据)
图实－2－5
(4)由图可知弹簧的颈度系数为________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)弹簧的轴线必须沿重力方向，所以应沿竖直方向。 (2)由于表中测量值已经估读到0.1 mm，所以刻度尺的最小刻度 应是1 mm。 (3)因为m0g＝k(Lx－L0)，nmg＋m0g＝k(Ln－L0)，整理得nmg＝ k(Ln－Lx)，所以横轴应为弹簧长度与Lx的差值。
4 90 9.31
5 120 10.40
6 150 11.52
(1)在图乙坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间 的函数关系的图线。
图实－2－6
(2)由图线求得该弹簧的劲度系数k＝________ 两位有效数字)
N/m。(保留
[解析]
(1)弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系图线
如图实－2－7所示。 (2)弹簧的劲度系数k等于F－x关系图线的斜率。 ΔF 故k＝ ＝27 N/m。 Δx
[解析] 和形变量；
(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长
(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，由于弹簧自重的原因，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。
答案：(1)竖直 (2)4.00 50 (3)10
实验的改进与创新
[例3] 在“探究弹簧伸长量与弹力的关系，并测定弹簧的
劲度系数”的实验中，实验装置如图实－2－10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。
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．测得的弹力与弹簧的长度成正比
图实－2－4
解析：图象的横轴截距表示弹簧的长度，l2>l1，A错误，图象 的斜率表示弹簧的劲度系数，a的斜率大于b的斜率，B正确， C错误，图象不过原点，D错误。
答案：B
2.(2012· 广东高考)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：
六、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。
代表 符号 数值 /cm
L0
Lx
L1
L2
L3
L4
L5
L6 39.30
25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40
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)如图实－2－5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”)。
图实－2－13
[题组演练] 5．(2014· 韶关摸底)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一端位于筒内)， 如图实－2－14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Fl变 化的图线如图乙所示。