高考物理总复习（抓纲扣本+剖题探法+达标训练）专题精讲 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件.ppt

实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系【实验原理】1．如图实Ⅱ－1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．抓抓纲扣本扣本·落落实基基础【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．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．【实验器材】铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔． 【实验过程】一、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长． 2．如图实Ⅱ－2所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中．3．改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.二、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之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．【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．弹簧长度的测量，是本实验的主要误差来源．所以，测量时尽量精确地测量弹簧的长度． 【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尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确．3．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，以免增大误差．4．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．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．［例1］　(2012·广东理综)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. 剖剖题探法探法·突破考点突破考点考点一考点一实验原理的理解及数据处理实验原理的理解及数据处理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Ⅱ－3所示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”)． 代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.35 27.35 29.35 31.3033.435.35 37.40 39.30(4)由图可知弹簧的劲度系数为________ 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)弹簧的轴线必沿重力方向(竖直向下)，只有当弹簧轴线与刻度尺平行时，刻度尺读数才能准确反映弹簧的长度，故都应在竖直方向．(2)当弹簧静止时，刻度尺读数才准确；从表中数值可知，刻度尺的精确度为1 mm，故应估读到0.1 mm，因此L3数值记录不规范．(3)由m0g＝k(Lx－L0)和m0g＋nmg＝k(Ln－L0)得nmg＝k(Ln－Lx)，所以横轴应为弹簧长度与Lx的差值．[答案]　(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm　(3)Lx(4)4.9　10[特别提醒]　掌握该实验的实验原理，熟悉该实验的各个操作步骤并理解为什么这样操作，达到灵活应用、以不变应万变． ［例2］　(2013·郑州模拟)在“探究弹簧弹力和伸长量的关系”实验中，采用如图实Ⅱ－4甲所示的实验装置，利用钩码的重力对弹簧提供恒定的拉力．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． 考点二考点二实验的改进及分析实验的改进及分析(1)有一个同学通过以上实验，已经把6组数据对应的坐标在坐标系中描出，请作出F－L图象；(2)请根据你作的图象得出该弹簧的原长L0＝________ cm，劲度系数k＝________ N/m；(3)根据该同学的实验情况，请你帮助他设计一个记录实验内容及数据的表格(不必填写实验测得的具体数据)；(4)该同学实验时，把弹簧水平放置进行测量，与通常将弹簧悬挂进行测量相比较：优点是_______________________________________．缺点是_______________________________________．[解析]　(1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示．(2)由F＝k(L－L0)知，图象的横轴截距表示L0，斜率表示劲度系数，由图象可知横轴截距为L0＝5 cm.斜率为劲度系数k＝20 N/m.(3)记录数据的表格如下表所示.(4)水平放置弹簧时，弹簧的形变量与弹簧自重无关，只与钩码的重力有关，这是它的优点，但这种情况弹簧与桌面及绳子与滑轮间的摩擦力对实验效果的影响较大，造成实验误差，这是缺点． 次数123456弹力F/N长度L/10－2 m[答案]　(1)见解析　(2)5　20　(3)见解析(4)避免弹簧自身所受的重力对实验的影响　弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验误差[问题感悟]　(1)根据所给实验数据描点，然后作出平滑曲线(或直线)，注意所画的线不一定过所有点，原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线(或直线)的两侧，描点时要符合客观实际，“曲”、“直”分明．(2)理解坐标的物理含义：L为挂不同砝码时弹簧的长度而不是形变量．(3)曲线的弯曲部分表示弹力超过了弹簧的弹性限度． 1．一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图实Ⅱ－5所示．下列表述正确的是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．测得的弹力与弹簧的长度成正比解析　由F＝k(l－l0)可知，当F＝0时，l＝l0，即图象的横轴截距表示弹簧的原长，A错误；图象的斜率表示弹簧的劲度系数，B正确，C错误；图象不过原点，D错误．答案　B达达标训练·技能技能过关关2．(2013·皖南十校联考)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，每增加一只钩码均记下对应的弹簧的长度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(1)根据表中数据，在图实Ⅱ－6所示的坐标系中作出F－x图线；(2)由此图线可得，该弹簧的劲度系数k＝________ N/m；(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是___________________________________________________.解析　(1)直接描点作图即可．(2)在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比．由ΔF＝kΔx得k＝ ，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，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．答案　(1)如图所示(2)50　(3)弹簧自身重力的影响3．(2013·烟台模拟)如图实Ⅱ－7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_______________________________________．(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的刻度尺上的刻度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：________.解析　(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量；(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，由于弹簧自重的影响，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)刻度尺　(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)　(3)200　弹簧自重　(4)CBDAEFG4．某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数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，指针指示的刻度数值记作L0；弹簧下端挂一个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；……；挂七个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L7.(1)下表记录的是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是______和______．测量记录表：(2)实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图实Ⅱ－8将这两个测量值填入记录表中． 代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：d1＝L4－L0＝6.90 cm，d2＝L5－L1＝6.90 cm，d3＝L6－L2＝7.00 cm.请你给出第四个差值：d4＝______＝______ cm.(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL，ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：ΔL＝______.代入数据解得ΔL＝______ cm.(5)计算弹簧的劲度系数k＝______ N/m.(g取9.8 m/s2)解析　(1)所用刻度尺最小刻度为毫米，以厘米为单位记录时，应估读至小数点后2位．通过对6个值的分析可知记录有误的是L5、L6.。