人教版高三物理总复习 实验2 探究弹力和弹簧伸长量的关系课件 鲁科.ppt

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1、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2021/8/9 星期一1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2021/8/9 星期一2实验原理实验原理1如图如图241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2412021/8/9 星期一32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

2、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2021/8/9 星期一4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2021/8/9 星期一5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24

3、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2021/8/9 星期一6图图2422021/8/9 星期一73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、x5.钩码钩码个数个数长长度度伸伸长长量量x弹弹力力F0l01l1x1l1l0F12l2x2l2l0F23l3x3l3l0

4、F3 2021/8/9 星期一8二、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

5、式中常数的物理意义2021/8/9 星期一9三、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2021/8/9 星期一103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

6、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2021/8/9 星期一11四、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

7、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2021/8/9 星期一12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243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 12021/8/9 星期一13图图2432021/8/9 星期一14(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

8、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Fx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_2021/8/9 星期一15(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L

9、0；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；2021/8/9 星期一16E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

10、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：_.2021/8/9 星期一17【解解析析】(1)根根据据实实验验目目的的可可知知还还需需要要刻刻度度尺尺以以测测量量弹弹簧原簧原长长和形和形变变量；量；(2)根根据据实实验验目目的的，实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有弹弹簧簧的的原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长量量(或或与与弹弹簧簧对对应应的的长长度度)；(3)取取图图象象中中(0.5,0)和和(3.5,6)两两个个计计数数点点，代代

11、入入Fkx可可得得k200 N/m，由由于于弹弹簧簧自自重重的的原原因因，使使得得弹弹簧簧不加外力不加外力时时就有形就有形变变量量(4)根根 据据 完完 成成 实实 验验 的的 合合 理理 性性 可可 知知 先先 后后 顺顺 序序 为为CBDAEFG.2021/8/9 星期一18【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)CBDAEFG2021/8/9 星期一19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

12、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244.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 22021/8/9 星期一20图图2442021/8/9 星期一21(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245中，请作出中，请作出F-

13、L图线图线图图2452021/8/9 星期一222)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：_.2021/8/9 星期一23【解解析析】(1)用用平平滑滑的的曲曲线线将将各各点点连连接接起起来来，如如图图2

14、46所示：所示：图图2462021/8/9 星期一24(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，L05102m5 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，k20 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弹弹力力F/N弹弹簧的簧的长长度度L/102m2021/8/9 星期一25(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

15、实验的误差增大【答案答案】见解析见解析2021/8/9 星期一26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m0.1 kg，取，取g10 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

16、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ix减减i)/2的数据如的数据如下表：下表：例例例例3 32021/8/9 星期一27挂在橡皮挂在橡皮绳绳下端的下端的钩码钩码个数个数橡皮橡皮绳绳下端的坐下端的坐标标(xi/mm)甲甲乙乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.02021/8/9 星期一28(1)同一橡皮同一橡皮绳绳的的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

17、更更符符合合实实验验要要求求(“甲甲”或或“乙乙”)；(3)选选择择一一组组数数据据用用作作图图法法得得出出该该橡橡皮皮绳绳的的劲劲度度系系数数k(N/m)；(4)为为了了更更好好地地测测量量劲劲度度系系数数，在在选选用用钩钩码码时时需需考考虑虑的因素有哪些？的因素有哪些？【解析解析】(1)小于小于(2)乙乙(3)由所由所给给数据得改数据得改变变量如下表所示量如下表所示2021/8/9 星期一29挂在橡皮挂在橡皮绳绳下端的下端的钩码钩码个数个数改改变变量量(xix1/mm)甲甲乙乙1230.215.5367.530.04118.547.75178.064.86245.584.52021/8/9 星期一30由上表作图得由上表作图得图图2472021/8/9 星期一31由图可得由图可得k乙乙5770(N/m)或或图图2482021/8/9 星期一32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2534(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2021/8/9 星期一332021/8/9 星期一34