高中物理一轮复习课件：实验探究弹簧弹力与形变量的关系.pptx

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1、实验探究弹簧弹力与形变量 的关系实验技能储备1.实验原理实验原理(1)如图所示，弹簧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 .(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 ，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形变量间的关系.相等伸长量x2.实验器材实验器材铁架台、 、毫米刻度尺、 、三角板、坐标纸、重垂线.3.实验步骤实验步骤(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)如图所

2、示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量x1，将这些数据填入自己设计的表格中.弹簧钩码若干(3)改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，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x2、x3、x4、x5.钩码个数长度伸长量x钩码质量m弹力F0l0 1l1x1l1l0m1F12l2x2l2l0m2F23l3x3l3l0m3F34.数据处理数据处理(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.用平滑的曲线连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.(2)以弹簧

3、的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数.(3)得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义.5.注意事项注意事项(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度.(2)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.(3)观察所描点的走向：本实验是探究型实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点.(4)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.教材原型实验例1如图甲所示，用铁架台、

4、弹簧和多个质量均为m的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与形变量的关系.(1)为完成实验，还需要的实验器材有：_.刻度尺(2)实验中需要测量的物理量有：_.弹簧原长、弹簧所受外力与弹簧对应的长度(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧形变量x的Fx图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_ N/m.图线不过原点是由于_.200弹簧自身重力的影响(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：A.以弹簧形变量为横坐标，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l0C.将铁架台固定在桌子上，并将弹簧的一端系在横梁上，在弹簧附近竖直固定一把 刻度尺D.依次在弹簧下

5、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.以弹簧形变量为自变量，写出弹力与形变量的关系式，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：_.CBDAEFG根据实验操作的合理性可知，实验步骤的先后顺序为CBDAEFG.例2某同学欲做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，有铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码.(1)实验中还需要的测量工具是_；刻度尺(2)用纵轴表示钩码质量m，横轴表示弹簧的形变量x，根据实验数据绘制出图线如图所示，由图可知弹簧

6、的劲度系数k_ N/m(重力加速度g取9.8 m/s2)；4.9(3)若某同学先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把LL0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中的_.C探索创新实验创新角度：实验装置的改进1.将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做实验.消除了弹簧自重的影响.2.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，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像(如图所示)，分析

7、图像得出结论.例3某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30，弹簧固定在有机玻璃管底端.实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示.考向实验装置的改进n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09实验过程中弹簧始终处于弹性限度内.采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数.6.04 6.05n123456Ln/cm8.0410.0

8、312.0514.0716.1118.09(1)利用LiLi3Li(i1,2,3)计算弹簧的压缩量：L16.03 cm，L26.08 cm，L3_ cm，压缩量的平均值 _ cm；(2)上述 是管中增加_个钢球时产生的弹簧平均压缩量；3(3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为_ N/m(结果保留3位有效数字).48.6例4如图为一同学利用压力传感器探究弹力与弹簧伸长量关系的装置示意图，水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有竖直刻度尺.静止时弹簧上端的指针指示如图所示，表格中记录此时压力传感器的示数为6.00 N；竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录指针

9、示数和对应的传感器示数如表中所示.考向实验器材的创新(1)补充完整表格中直尺的读数；传感器示数FN(N) 6.004.003.001.000指针示数x(cm)14.60 15.81 18.19 19.4012.20(2)在以传感器示数FN为纵轴、指针示数x为横轴的坐标系中，描点画出FNx图像，并根据图像求得弹簧的劲度系数为_ N/m(结果保留3位有效数字).根据表格数据作出图像，如图所示由题意可知FNFmg，则FNmgkx，即FNmgk(xx0)，得图像的斜率绝对值为弹簧的劲度系数，例5某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图所示.一均匀长弹簧竖直悬挂，7个指针P0、

10、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处；通过旁边竖直放置的刻度尺，可以读出指针的位置，P0指向0刻度.设弹簧下端未挂重物时，各指针的位置记为x0；挂有质量为0.100 kg的砝码时，各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加速度为9.80 m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88 cm.考向实验目的的创新P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030

11、405060k(N/m)16356.043.633.828.8 (m/N)0.006 10.017 9 0.022 9 0.029 6 0.034 7(1)将表中数据补充完整：_，_.P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)16356.043.633.828.8 (m/N)0.006 10.017 90.022 90.029 60.034 781.70.012 2描点法，画一条直线，让大部分的点都落在直线上，不在线上的点均匀分布在直线两侧，如图所示.(3)图中画出的直线可近似认为通过原点.若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧，该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系表达式为k_N/m，该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系表达式为k_ N/m.