高考物理一輪總復習 專題二 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系課件 新人教版.ppt

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實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系 實驗準備實驗目的 1 探究彈力與彈簧的伸長量的定量關系 2 學會利用圖象研究兩個物理量之間的關系的方法 實驗原理 1 如圖S2 1所示 彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長 平衡時彈簧產生的彈力與鉤碼重力大小 圖S2 1 相等 2 用 測出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長量x 建立坐標系 以 表示彈力大小F 以 表示彈簧的伸長量x 在坐標系中描出實驗所測得的各組 x F 對應的點 用平滑的曲線連接起來 根據實驗所得的圖線 就 可探究彈力大小與伸長量之間的關系 縱坐標 橫坐標 實驗器材輕質彈簧 一根 鉤碼 一盒 刻度尺 鐵架臺 重垂線 坐標紙 三角板等 刻度尺 實驗過程實驗步驟 1 如圖S2 2所示 將 放在桌面上 固定好 將 的一端固定在鐵架臺的橫梁上 在接近彈簧處將 最小分度為1mm 固定于鐵架臺上 并檢查刻度尺 是否 鐵架臺 彈簧 刻度尺 豎直 圖S2 2 2 記下彈簧下端 時所對應的刻度L0 3 在彈簧下端掛上一個鉤碼 記下靜止時彈簧所對應的刻 度L1 4 用上面的方法 記下彈簧下端掛2個 3個 4個 鉤碼時 彈簧下端所對應的刻度L2 L3 L4 并將所得數據記錄在表格中 不掛鉤碼 數據處理 1 用xn 計算出彈簧掛1個 2個 3個 鉤碼時彈簧的伸長量 并根據當地重力加速度值g 計算出所掛鉤碼的 這個 就等于彈簧彈力的大小 將所得數據填入表格 Ln L0 2 以伸長量x為橫軸 彈力F為縱軸建立坐標系 要注意標上坐標軸表示的物理量及單位 3 在坐標軸上選擇合適的標度 能使數據布滿整個坐標系 并將以上數據描點表示在圖象中 描點時要留下痕跡 4 將以上描點連線 要讓盡可能多的點落在同一直線上 讓其余的點落在直線的兩側 誤差較大的點舍棄 5 這就是彈簧彈力的F x圖象 如果圖象在誤差范圍內是一條 的直線 那么說明彈簧彈力與彈簧的伸長量成 正比 過原點 總重力 總重力 實驗分析 注意事項 自然下垂 用毫米刻度尺 彈性限度 彈力 1 由于彈簧有一定重量 將其自然懸掛時的長度與平放時的長度不一樣 量取L0時 應將彈簧一端固定在鐵架臺上的鐵夾上 讓其 再 量得自然狀態(tài)下的原長 否則圖象將不過原點 2 只有在 內 彈簧的 才與彈簧的 成正比 所以在彈簧下掛鉤碼時 注意不要使彈簧 所受拉力超過其 伸長量 彈性限度 3 若用作圖法研究彈簧的彈力與其伸長量的關系 由于實驗誤差 依據實驗數據描成的點不完全在一條直線上 這時所作直線應盡量多地通過這些點 并使不在直線上的點盡量均勻分布在所作直線的兩側 明顯與其他相差很遠的點應該舍去 4 如果實驗中不用彈簧的伸長量而用彈簧的總長 得到的圖象將 根據實驗目的要用彈簧的 如果彈簧伸長量的單位用米 彈力的單位用牛 則函數表達式 中常數k的單位是牛每米 即N m 不過原點 伸長量 誤差分析 1 本實驗誤差的主要來源為讀數和作圖時的偶然誤差 2 彈簧豎直懸掛時 未考慮彈簧自身重力的影響 3 為了減小誤差 要盡量多測幾組數據 實驗改進 在 探究彈力和彈簧伸長的關系 的實驗中 也可以不測量彈簧的自然長度 而以彈簧的總長作為自變量 彈力為因變量 作出彈力隨彈簧長度的關系圖線 這樣可避免因測彈簧的自然伸長而帶來的誤差 基礎檢測 1 多選 如圖S2 3甲所示 一個彈簧一端固定在傳感器上 傳感器與電腦相連 當對彈簧施加變化的作用力 拉力或壓力 時 在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產生的彈力大小的關系 圖象 如圖乙所示 則下列判斷正確的是 圖S2 3 A 彈簧產生的彈力和彈簧的長度成正比B 彈力增加量與對應的彈簧長度成正比C 該彈簧的勁度系數是200N mD 該彈簧受到反向壓力時 勁度系數不變 解析 由圖象知 F x是一個過原點的直線 k 200 10 N m 200N m 可知A錯誤 彈力增加量與對應的彈簧長度的增加量成正比 與對應的彈簧長度不成正比 B錯誤 答案 CD 2 2015年廣東陽東一中 廣雅中學聯考 某同學利用如圖S2 4甲裝置做 探究彈簧彈力大小與其長度的關系 的實驗 圖S2 4 1 在安裝刻度尺時 必須使刻度尺保持 狀態(tài) 2 他通過實驗得到如圖乙所示的彈力大小F與彈簧長度x的關系圖象 由此圖象可得該彈簧的原長x0 cm 勁度系數k N m 3 他又利用本實驗原理把該彈簧做成一把彈簧測力計 當彈簧測力計上的示數如圖丙所示時 該彈簧的長度x cm 答案 1 豎直 2 4 50 3 10 考點1用圖象法處理實驗數據 重點歸納 在F x圖象中 1 圖象的斜率表示彈簧的勁度系數大小 2 圖象是過原點的一直線 若實驗處理數據方法不一樣 導致圖象與縱軸 橫軸有交點 應具體分析交點所表示的物理意義 典例剖析 例1 2014年新課標卷 某實驗小組探究彈簧的勁度系數k與其長度 圈數 的關系 實驗裝置如圖S2 5所示 一均勻長彈簧豎直懸掛 7個指針P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6分別固定在彈簧上距懸點0 10 20 30 40 50 60圈處 通過旁邊豎直放置的刻度尺 可以讀出指針的位置 P0指向0刻度 設彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結果及部分計算結果如下表所示 n為彈簧的圈數 重力加速度g取9 80m s2 已知實驗所用彈簧總圈數為60 整個彈簧的自由長度為11 88 cm 1 將表中數據補充完整 圖S2 5 圖S2 6 3 圖S2 6中畫出的直線可近似認為通過原點 若從實驗中所用的彈簧截取圈數為n的一段彈簧 該彈簧的勁度系數k與其圈數n的關系的表達式為k N m 該彈簧的勁度系數k與其自由長度l0 單位為m 的關系的表達式為k N m 考點練透 1 某物理興趣小組的同學在研究彈簧彈力的時候 測得彈力的大小F和彈簧長度l的關系如圖S2 7所示 則由圖線可知 圖S2 7 1 彈簧的勁度系數為 2 為了用彈簧測定兩木塊A和B間的動摩擦因數 兩位同學分別設計了如圖S2 8所示的甲 乙兩種方案 甲 乙 圖S2 8 為了用某一彈簧測力計的示數表示A和B之間的滑動摩擦力的大小 你認為方案 更合理 若A和B的重力分別為10 0N和20 0N 當A被拉動時 彈簧測力計a的示數為6 0N b的示數為11 0N c的示數為4 0N 則A和B間的動摩擦因數為 答案 1 300N m 2 甲 0 3 2 2015年山東臨沂模擬 如圖S2 9甲所示 用鐵架臺 彈簧和多個已知質量且質量相等的鉤碼探究在彈性限度內彈簧彈力與彈簧伸長量的關系 甲 乙 圖S2 9 1 為完成實驗 還需要的實驗器材有 2 實驗中需要測量的物理量有 3 圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F x圖象 由此可 求出彈簧的勁度系數為 N m 4 為完成該實驗 設計的實驗步驟如下 A 以彈簧伸長量為橫坐標 以彈力為縱坐標 描出各組 x F 對應的點 并用平滑的曲線連接起來 B 記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0 C 將鐵架臺固定于桌子上 并將彈簧的一端系于橫梁上 在彈簧附近豎直固定一把刻度尺 D 依次在彈簧下端掛上1個 2個 3個 4個 鉤碼 并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應的刻度 并記錄在表格內 然后取下鉤碼 E 以彈簧伸長量為自變量 寫出彈力與彈簧伸長量的關系式 首先嘗試寫成一次函數 如果不行 則考慮二次函數 F 解釋函數表達式中常數的物理意義 G 整理儀器 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來 答案 1 刻度尺 2 彈簧原長 彈簧所受外力與對應的伸長量 或與彈簧對應 的長度 3 200 3 CBDAEFG或CBDGAEF 考點2實驗誤差分析 本實驗的誤差主要來源于 彈簧拉力大小的不穩(wěn)定 彈簧 長度的測量和作圖 重點歸納 典例剖析例2 某同學做 探究彈力和彈簧伸長的關系 實驗 先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸長 用直尺測出彈簧的原長為L0 再把彈簧豎直懸掛起來 然后用鉤碼掛在彈簧下端 測出彈簧的長度為L 把L L0作為彈簧的伸長量x1 改變鉤碼個數重復操作 由于彈簧自身重力的影響 最后作出的F x圖 象 可能是下圖中的 A B C D 解析 先把彈簧放在光滑水平桌面上使其自然伸長 再把彈簧豎直懸掛起來 在沒施加拉力時 由于彈簧自身重力的影響彈簧長度就大于自然長度 即F t圖象橫軸有截距故C正確 答案 C 均值xi x加i x減i 的數據如下表 下標i表示掛在繩下端鉤 考點練透 3 在 探究彈簧彈力大小與伸長量的關系 的實驗中 甲 乙兩位同學選用不同的橡皮繩代替彈簧 為測量橡皮繩的勁度系數 他們在橡皮繩下端依次逐個掛上鉤碼 每個鉤碼的質量均為m 0 1kg 取g 10m s2 并記錄繩下端的坐標x加i 然后逐個拿下鉤碼 同樣記錄繩下端的坐標x減i 繩下端坐標的平 碼個數 1 同一橡皮繩的x加i x減i 填 大于 或 小于 2 同學的數據更符合實驗要求 填 甲 或 乙 3 選擇一組數據用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數 k N m 4 為了更好地測量勁度系數 在選用鉤碼時需考慮的因素 有哪些 答案 1 小于 2 乙 3 取乙同學的數據作圖 如圖D12所示 圖D12由圖可得 k 58N m 4 選用鉤碼的質量不能過大 否則很容易超出橡皮繩的彈性限度 質量也不能過小 否則橡皮繩的形變量很小 測量誤差大 4 某實驗小組在探究彈力與彈簧伸長量的關系時 先把彈簧平放在桌面上 用刻度尺測出彈簧的原長L0 4 6cm 再把彈簧豎直懸掛起來 在下端掛鉤碼 每增加一個鉤碼均記下對應的彈簧長度x 數據記錄如下表所示 圖S2 10 1 根據表中數據在圖S2 10中作出F x圖線 2 由此圖線可得 該彈簧勁度系數k N m 3 圖線與x軸的交點坐標大于L0的原因是 答案 1 如圖D13所示 圖D13 2 50 3 彈簧自身重力的影響