高三物理总复习实验2探究弹力和弹簧伸长量的关系课件鲁科.ppt

实验二　实验二　探究弹力和弹簧伸长量的关系探究弹力和弹簧伸长量的关系知识要点归纳知识要点归纳实验实验目的目的1．探究弹力和弹簧伸长量之间的关系．．探究弹力和弹簧伸长量之间的关系．2．学会利用图象法处理实验数据．．学会利用图象法处理实验数据．实验原理实验原理1．如图．如图2－－4－－1所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹所示，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．图图2－－4－－12．．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伸长量之间的定量关系了．簧伸长量之间的定量关系了．实验器材实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔．板、坐标纸、重垂线、铅笔．过程分析导引过程分析导引一、实验步骤一、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，．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用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即，即原长．原长．2．如图．如图2－－4－－2所示，在弹簧下端挂质量为所示，在弹簧下端挂质量为m1的的钩码，量出此时弹簧的长度钩码，量出此时弹簧的长度l1，记录，记录m1和和l1，填入，填入自己设计的表格中．自己设计的表格中．图图2－－4－－23．改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长．改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录度，记录m2、、m3、、m4、、m5和相应的弹簧长度和相应的弹簧长度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、、x5.钩码个数个数长度度伸伸长量量x弹力力F0l0＝＝1l1＝＝x1＝＝l1－－l0F1＝＝2l2＝＝x2＝＝l2－－l0F2＝＝3l3＝＝x3＝＝l3－－l0F3＝＝⋮ ⋮⋮ ⋮⋮ ⋮⋮ ⋮二、实验数据处理方法二、实验数据处理方法1．以弹力．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，为纵坐标，以弹簧的伸长量以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力各点，得出弹力F随弹簧伸长量随弹簧伸长量x变化的图线．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．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．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．函数．3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释．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．函数表达式中常数的物理意义．三、注意事项三、注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，．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．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．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点的间距尽可能大，这样作出的图坐标上描的点的间距尽可能大，这样作出的图线更精确．线更精确．3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于．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、读数，以免增大误差．平衡状态时测量、读数，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．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．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．系及单位．四、误差分析四、误差分析1．弹簧拉力大小的不稳定会造成误差．因此，．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当对弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度．的准确度．2．尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验．尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基本方法．误差的基本方法．3．描点、作图不准确．．描点、作图不准确．实验典例精析实验典例精析题型一题型一基本实验过程的考查基本实验过程的考查 (2011年福建调研年福建调研)如图如图2－－4－－3甲所示，甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的用铁架台、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钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．的关系．例例例例1 1图图2－－4－－3(1)为完成实验，还需要的实验器材有：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：实验中需要测量的物理量有：___________________________________.(3)图乙是弹簧所受弹力图乙是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度与弹簧伸长长度x的的Fx图线，由此可求出弹簧的劲度系数为图线，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：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．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组出各组(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．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度．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．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；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．依次在弹簧下端挂上1个、个、2个、个、3个、个、4个个……钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻钩码，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；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．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，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；则考虑二次函数；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．请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_________________________________.【【解解析析】】　　(1)根根据据实验目目的的可可知知还需需要要刻刻度度尺尺以以测量量弹簧原簧原长和形和形变量；量；(2)根根据据实验目目的的，，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)两两个个计数数点点，，代代入入F＝＝kx可可得得k＝＝200 N/m，，由由于于弹簧簧自自重重的的原原因因，，使使得得弹簧簧不加外力不加外力时就有形就有形变量．量．(4)根根 据据 完完 成成 实 验 的的 合合 理理 性性 可可 知知 先先 后后 顺 序序 为CBDAEFG.【【答案答案】】　　(1)刻度尺　刻度尺　(2)弹簧原长，弹簧所受弹簧原长，弹簧所受外力与对应的伸长量外力与对应的伸长量(或与对应的长度或与对应的长度)(3)200　弹簧自重　弹簧自重(4)CBDAEFG题型二题型二 实验数据的处理实验数据的处理 在在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图的实验中，实验装置如图2－－4－－4.所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供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，再将簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．每次测出相应的弹簧总长度．例例例例2 2图图2－－4－－4(1)有一个同学通过以上实验测量后把有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点组数据描点在坐标图在坐标图2－－4－－5中，请作出中，请作出F-L图线．图线．图图2－－4－－52)由此图线可得出该弹簧的原长由此图线可得出该弹簧的原长L0＝＝________cm，，劲度系数劲度系数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一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具不必填写其实验测得的具体数据体数据)．．(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较．相比较．优点在于：优点在于：__________________________________.缺点在于：缺点在于：_________________________________.【【解解析析】】　　(1)用用平平滑滑的的曲曲线将将各各点点连接接起起来来，，如如图2－－4－－6所示：所示：图2－－4－－6(2)弹簧的原长弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由即为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，图象可知，L0＝＝5×10－－2m＝＝5 cm.劲度系数为图象直线部分的斜率，劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝＝20 N/m.(3)记录数据的表格如下表：记录数据的表格如下表：次数次数123456弹力力F/N弹簧的簧的长度度L/××10－－2m(4)优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大．造成实验的误差增大．【【答案答案】】　见解析　见解析题型三题型三创新实验创新实验 (2010年高考浙江理综卷年高考浙江理综卷)在在“探究弹簧弹力探究弹簧弹力大小与伸长量的关系大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度选用不同的橡皮绳代替弹簧，为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码系数，他们在橡皮绳下端依次逐个挂上钩码(每个每个钩码的质量均为钩码的质量均为m＝＝0.1 kg，取，取g＝＝10 m/s2)，并记，并记录绳下端的坐标录绳下端的坐标x加加i(下标下标i表示挂在绳下端钩码个数表示挂在绳下端钩码个数)，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标x减减i，绳下端坐标的平均值，绳下端坐标的平均值xi＝＝(x加加i＋＋x减减i)/2的数据如的数据如下表：下表：例例例例3 3挂在橡皮挂在橡皮绳下端的下端的钩码个数个数橡皮橡皮绳下端的坐下端的坐标(xi/mm)甲甲乙乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮同一橡皮绳的的x加加i________x减减i(““大于大于””或或““小于小于””)(2)________同同学学的的数数据据更更符符合合实验要要求求(““甲甲””或或““乙乙””)；；(3)选择一一组数数据据用用作作图法法得得出出该橡橡皮皮绳的的劲度度系系数数k(N/m)；；(4)为了了更更好好地地测量量劲度度系系数数，，在在选用用钩码时需需考考虑的因素有哪些？的因素有哪些？【【解析解析】】　　(1)小于　小于　(2)乙乙(3)由所由所给数据得改数据得改变量如下表所示量如下表所示挂在橡皮挂在橡皮绳下端的下端的钩码个数个数改改变量量(xi－－x1/mm)甲甲乙乙1230.215.5367.530.04118.547.75178.064.86245.584.5由上表作图得由上表作图得图图2－－4－－7由图可得由图可得k乙乙＝＝57～～70(N/m)或或图图2－－4－－8对于甲同学的数据，因为只有前几个数据可认对于甲同学的数据，因为只有前几个数据可认为在弹性范围内，由图中切线的斜率得为在弹性范围内，由图中切线的斜率得k甲甲＝＝25～～34(N/m)(4)尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够尽可能使伸长量在弹性范围内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量的误差．大的伸长量，以减小长度测量的误差．【【答案答案】】　见解析　见解析•9、静夜四无邻，荒居旧业贫。

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