2020版高考物理新优选大一轮人教通用版课件:2.4 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系 .pptx
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1、实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系,-2-,一、实验目的 1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。 2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 二、实验原理 1.如图所示,弹簧弹力(F)等于悬挂钩码的重力。 2.弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(l)减去原长(l0)。 3.多测几组,找出F与x的关系。,-3-,三、实验器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。 四、实验步骤 1.如图所示,将铁架台放在桌面上(固定好),弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,让其自然下垂,在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上,并用重垂线检查刻度尺是否竖直。,-4-,2.用刻度尺测出弹簧自然伸长状
2、态时的长度l0,即原长。 3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入自己设计的表格中。 4.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,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x1,x2,x3,x4,x5。,-5-,五、数据处理 1.以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。 2.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,则考虑二次函数等。 3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,
3、解释函数表达式中常数的物理意义。,-6-,六、注意事项 1.每次增减钩码测量有关长度时,均需保证弹簧及钩码处于静止状态,否则,弹簧弹力有可能与钩码重力不相等。 2.整个实验过程不要超过弹簧的弹性限度。 3.测量有关长度时,应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同,明确三者之间的关系。 4.建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的量值要适当,不可过大,也不可过小。 5.描线的原则是,尽量使各点落在线上,少数点分布于线两侧,描出的线不应是折线,而应是光滑的曲线。,-7-,七、误差分析 1.系统误差:钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。 2.偶然误差:,-8-,考点一,
4、考点二,考点三,实验原理与操作,例1某中学的物理兴趣实验小组在探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,分成了两组来进行探究分析。 (1)小组甲对两个劲度系数不同的弹簧A和弹簧B进行了探究,根据测量的实验数据以弹簧的伸长量x为纵坐标,以弹簧的弹力F为横坐标,在同一坐标系中作出了两弹簧的图像,从图像上看两弹簧的图线的后半段均向上发生了弯曲,其原因是 ,如果选用其中的一个弹簧制作成精确度比较高的弹簧测力计,则应选弹簧 (选填“A”或“B”)。,-9-,考点一,考点二,考点三,(2)小组乙的同学完成了如下的操作: a.将带铁夹的铁架台放在水平桌面上,将弹簧的一端固定在铁夹上使其呈自然状态,并在竖直的弹簧附
5、近平行弹簧固定一刻度尺; b.以弹簧的伸长量x为纵坐标,以弹簧的弹力F为横坐标,根据测量的数据在坐标系中描点,并用一条平滑的线连接起来; c.写出弹簧的弹力与弹簧形变量的关系式,并对该关系式中的常量进行解释; d.从刻度尺上读出弹簧下端不悬挂钩码时,弹簧下端所对应的刻度尺上的刻度值,记为l0; e.在弹簧的下端依次悬挂1、2、3、4个钩码,当弹簧稳定时,依次读出弹簧下端所对应的刻度值,分别记为l1、l2、l3、l4并将对应的数据记录在表格中,随后将钩码取下。,-10-,考点一,考点二,考点三,请将以上实验步骤按照正确的顺序排列,将步骤前的字母填在横线上: 。,解析:(1)图像后半段向上弯曲表明
6、弹簧已经超过了其弹性限度;若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧A,因为弹簧A的劲度系数较小,较小的力就能使弹簧A发生较明显的形变,便于测量。 (2)实验步骤的排列顺序为adebc。 答案:(1)弹簧已经超过了其弹性限度 A (2)adebc,-11-,考点一,考点二,考点三,数据处理与误差分析,例2(2018安徽蚌埠模拟)如图甲所示,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的关系实验。,-12-,考点一,考点二,考点三,(1)实验中还需要的测量工具有 。 (2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x。由图可知:图线
7、不通过原点的原因是 。弹簧的劲度系数k= N/m(计算结果保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)。 (3)实验中用了两根不同的弹簧a和b,如图丙所示,画出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像,下列说法正确的是( ) A.a的原长比b的长 B.a的劲度系数比b的大 C.a的劲度系数比b的小 D.弹力与弹簧长度成正比,-13-,考点一,考点二,考点三,解析:(1)实验需要测量弹簧伸长的长度,故需要毫米刻度尺。 (2)图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧的伸长量大小成正比,则k= =4.9 N/m。由题图乙可知,当F=0时,x大于零,说明没有挂重物时,弹簧有伸长,这是由弹簧自身的重力造
8、成的,故图线不过原点的原因是弹簧有自重,实验中没有考虑(或忽略了)弹簧的自重。 (3)在F-l图像中横截距表示弹簧的原长,故b的原长比a的长,选项A错误;在F-l图像中斜率表示弹簧的劲度系数k,故a的劲度系数比b的大,选项B正确,选项C错误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故选项D错误。 答案:(1)毫米刻度尺 (2)弹簧有重力 4.9 (3)B,-14-,考点一,考点二,考点三,规律方法实验数据处理的三种方法 (1)图像法:根据测量数据,在建好直角坐标系的坐标纸上描点,以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的直线。 (2)列表法:将实验
9、数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内,弹力与弹簧伸长量的比值是一常数。 (3)函数法:根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。,-15-,考点一,考点二,考点三,例3某同学做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验。,(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度。此时弹簧的伸长量l为 cm。,-16-,考点一,考点二,考点三,(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力。关于此操作,下列选项中规范的做法是 。(填选项前的字母) A.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应
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