实验二-探究弹力和弹簧伸长的关系—2021高中物理一轮复习学案(共11页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上实验二探究弹力和弹簧伸长的关系ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU知识梳理自测巩固 一、实验目的(1)探究弹力与弹簧伸长的定量关系。(2)学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法。二、实验原理(1)如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与钩码总重力大小相等。(2)用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量,建立坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中找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。三、实验器材除轻质弹簧(一根),钩
2、码(一盒),刻度尺,铁架台外,还需重垂线,坐标纸三角板。四、实验步骤(1)如图所示,将铁架台放于桌面上(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(分度值为1 mm)固定于铁架台上,并用重锤线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L0。(3)在弹簧下端挂上一个钩码,待钩码静止后,记下弹簧下端所对应的刻度L1。(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L2、L3、L4并将所得数据记录在表格中。(5)用xnLnL0计算出弹簧挂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
3、就等于弹力的大小,将所得数据填入表格。(6)根据所测数据在坐标纸上描点,最好以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标。钩码个数刻度伸长量x弹力F0L01L1x1L1L0F12L2x2L2L0F23L3x3L3L0F36L6x6L6L0F6(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)。所画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。五、误差分析1钩码标值不准确,弹簧长度测量不准确带来误差。2画图时描点及连线不准确也会带来误差
4、。六、注意事项1安装实验装置:要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超过弹簧的弹性限度。3尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。4观察所描点的走向:不要画折线。5统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO核心考点重点突破 考点一教材原型实验例1(2020吉林通榆一中月考)某同学利用图甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验,所用钩码的质量均为20 g,先将1个钩码挂在弹簧下端,稳定后用毫米刻度尺测出弹簧的长度x,并将数据填入下表,以后每次增加
5、一个钩码,重复实验。当地的重力加速度大小g9.80 m/s2。记录数据组123456弹簧长度x(cm)5.356.728.059.3810.7012.00钩码的总质量(g)20406080100120弹力大小F(N)0.1960.3920.5880.7840.9801.176(1)如图乙所示,刻度尺的示数为表中第5组情况下弹簧的长度,请将表中两处数据补充完整。(2)在图丙中已描好五个点,请描好第5组数据所对应的点,并画出Fx图线。答案(3)根据所画出的Fx图线,求出该弹簧的劲度系数为14.7(14.515.0均正确)N/m(结果保留三位有效数字)。解析本题考查探究弹力与弹簧伸长量实验的数据处理
6、。(1)刻度尺读数时要估读到分度值的下一位,由图乙知,弹簧的长度为10.70 cm;由表格中的数据知,每增加一个钩码,弹簧弹力增加0.196 N,故的弹簧弹力大小为F50.196 N0.980 N。(2)连线时让尽可能多的点在同一条直线上,不在直线上的点尽量对称分布在图线的两侧,如图所示。(3)由图可知,弹簧的劲度系数k14.7 N/m(14.515.0均正确)。方法技巧:图象法处理弹簧弹力问题用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立坐标系,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
7、可探知弹簧弹力大小与弹簧伸长量间的关系。注意分析图象的斜率、截距的意义。类题演练1(2019广西柳州模拟)某实验小组用如图甲所示的装置测量弹簧的劲度系数k。当挂在弹簧下端的砝码处于静止状态时,测出弹簧受到的拉力F与对应的弹簧长度L(弹簧始终在弹性限度内),列表记录如下:(1)下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有1个数值在记录时有误,它是 D。AL1BL2CL4DL5 EL6测量记录表:实验次数iFi(N)Li(cm)10.494.4020.986.1231.4741.969.6052.4511.362.9413.10(2)根据乙图示数,表中还没有记录的测量值L37.95(7.947.96均
8、可) cm;(3)设弹簧每增加拉力F对应的伸长量为L,则弹簧的劲度系数的表达式k;(4)因为逐差法常用于处理自变量等间距变化的数据组,所以小组一成员用逐差法求出L的平均值来减小实验误差,试用L1、L2、L3、L4、L5、L6表示L的平均值。解析本题考查刻度尺的估读、逐差法的使用。(1)刻度尺读数时需要估读到下一位,故L5的数值记录是错误的,选项D符合题意。(2)由图乙知,L37.95 cm(7.947.96 cm均可)。(3)由胡克定律知,弹簧的劲度系数k。(4)由逐差法知,L的平均值为。考点二实验拓展创新创新角度实验装置图创新解读实验原理创新1.弹簧水平放置,消除弹簧自身重力对实验的影响。2
9、改变弹簧的固定方式,研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系。实验器材创新1.用橡皮筋代替弹簧做实验。2拉力传感器显示的拉力F与橡皮筋的弹力并不相等,仅为橡皮筋弹力在水平方向的分力。实验过程创新1.利用固定在弹簧上的7个指针,探究弹簧的劲度系数k与弹簧长度的关系。2利用“化曲为直”的思想,将探究劲度系数k与弹簧圈数的关系,转化为探究与n的关系。例2(2020四川成都外国语学校月考)(1)下列关于“探究弹力F与弹簧伸长量x的关系”的实验说法正确的是 B。A实验中F的具体数值必须计算出来B如果没有测出弹簧原长,用弹簧长度L代替x,FL不是过原点的一条直线C利用FL图线不可求出k值D实验时要把所有点连
10、接到线上,才能探索得到真实规律(2)如图甲所示,一个弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象,如图乙所示。则下列判断正确的是 CD。A弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B弹力增加量与对应的弹簧长度的增加量不成正比C该弹簧的劲度系数是200 N/mD该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变解析本题考查利用传感器绘制Fx图象,测定弹簧劲度系数的方法。(1)实验中可以用砝码的质量来表示力,不需要求出具体的数值,故A错误;若用L代替伸长量,则Fk(LL0),可知FL图象一定不过原点,故B正确;在FL图象中图线的斜
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