2014届高考物理人教版一轮总复习配套课件 2.4 实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系.ppt

1、（1）实验原理：弹簧在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相等。（2）需测量的物理量：用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x。（3）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，在坐标系中描出各点（x，），然后用平滑的曲线连结起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量之间的关系。1.“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验目的是什么？学案4 实验二：探究弹力与弹簧伸长的关系2.结合给出的装置图2-4-1，回答实验原理是什么？实验过程中需测量哪些物理量？如何处理数据？3.实验用到哪些器材？图2-4-1实验目的：（1）探究弹力与弹簧伸长的关系。（2

2、）掌握利用图象研究两个物理量间关系的方法。实验器材：轻质弹簧一根、钩码一盒、刻度尺、重锤、坐标纸、三角板。1.如图2-4-2所示，将铁架台放在桌面上(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(最小分度为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。图2-4-2钩码个数刻度伸长量xn=Ln-L0弹力F0L0=1L1=x1=F1=2L2=x2=F2=3L3=6L6=x6=F6=一、实验步骤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

3、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量，这个总重量就是弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格。6.在坐标纸上建立坐标系，以弹力为纵坐标，弹簧伸长量为横坐标，描出每一组数据(x,F)所对应的点。7.根据所描各点的分布与走向，作出一条平滑的曲线(不能画成折线)。8.以弹簧伸长量为自变量，弹力大小为因变量，写出曲线所代表的函数。首先尝试写成一次函数的形式，如果不行，写成二次函数的形式或其他形式。9.研究并解释函数表达式中常数的物理意义。二、注意事项1.安装时，要保持刻度尺竖直并

4、靠近弹簧。2.实验时，要尽量选择长度较大、匝数较多，但软硬程度(劲度系数)适中的弹簧，以每挂一个钩码(20 g)弹簧伸长量增大12 cm为宜。3.读取弹簧下端所对应的刻度时，要用三角板，并且视线垂直于刻度，力求读数准确，并且要等钩码静止时，再读数。4.实验中悬挂钩码时注意不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度。5.要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。6.建立坐标系时，要选择合适标度，尽量使所画曲线占据整个坐标纸。7.画图线时，不一定要让所有各点都正好在曲线上，但应注意使曲线两侧的点大致相同，偏离太远的点要舍弃。三、误差分析本实验的误差主要来自以下两个方面：1.弹簧的长度测量不精确。

5、2.描点、画图不精确。【例题】2012年高考广东理综卷某同学在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验时。（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在方向(填“水平”或“竖直”)。（2）弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：表中有一个数值记录不规范，代表符号为。由表可知所用刻度尺的最小分度为。（3）图2-4-3是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与的差值(填“L0”或“Lx”)。（4）由图可知弹簧的劲度系数为N/m；通过图和表可知砝码盘

6、的质量为g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)。图2-4-3本实验是利用重力与弹力平衡获取若干数据，再利用图象处理数据得到劲度系数的，测量时，弹簧及刻度尺都要保持在竖直状态；读数时，要等弹簧静止时才能读取；由记录的值可知，刻度尺的最小分度为0.1 cm，但最小分度后还要估读一位，故记录L3是不规范的；弹簧的长度与弹簧挂上砝码盘时弹簧长度Lx的差值才是由于添加砝码而伸长的长度；砝码盘的质量为m0，砝码的质量为m，当挂上砝码盘时有：m0gk(LxL0)，当砝码盘中的砝码质量为m时，弹簧的长度为Ln，此时有m0gmgk(LnL0)，两式联立得mgk(LnLx)，即kmg/(LnLx

7、)，由图象知图线的斜率为k(6010-30)/(1210-20)kg/m0.50 kg/m，故劲度系数kkg4.9 N/m，而m0k(LxL0)/g4.9(27.3525.35)10-2/9.8 kg10 g。(1)根据所测数据，在如图2-4-5所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在_N范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律，这种规律的弹簧的劲度系数为_N/m。某同学用如图2-4-4所示的装置做的探究弹力和弹簧伸长量关系的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指

8、针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取g=9.8 m/s2)4.9图2-4-5图2-4-4钩码质量m/102g01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/10-2m 15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.5025(1)根据题目所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时让尽量多的点落在线上(偏差比较大的点舍去)，不在线上的点尽量平均分配在线的两侧，如图所示。（2）根据所画图象可以看出，当m5.00102 g0.5 kg时，标尺刻度x与钩码质量m成一次函数关系，所以在F4.9 N范围内弹力大小与弹簧

9、伸长量关系满足胡克定律。由胡克定律Fkx可知，k=F/x4.9/19.610-2 N/m=25 N/m。2.如图2-4-6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弹力大小的关系图象(如图乙)，则下列判断正确的是()A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比C.该弹簧的劲度系数是200 N/m D.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变1.在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中关于操作步骤的先后顺序，下列说法中正确的是()A.先测量原长，后竖直悬挂B.先竖直悬挂，后测量原长C

10、.先后顺序对实验结果无影响D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重B DB C D图2-4-63.用如图247甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应刻度如图247乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应刻度如图247乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50 g，重力加速度g9.8 m/s2，则被测弹簧的劲度系数为N/m。挂三个钩码时弹簧的形变量为cm。70图2-4-7对钩码进行受力分析，根据平衡条件和胡克定律，得2mgk(ll0)3mgk(ll0)则kmg/(ll

11、)5010-39.8/710-3 N/m70 N/m挂三个钩码时，可列方程(mmm)gkx x3mg/k35010-39.8/70 m2.1010-2 m2.10 cm。2.104.橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即Fkx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明kYS/L，其中Y是一个由材料决定的常数，材料力学上称之为杨氏模量。(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位是()A.N B.m C.N/mD.Pa(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋，应用如图248所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值。首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L20.0

12、0 cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D4.000 mm，那么测量工具a应该是，测量工具b应该是。(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录。请作出Fx图象，由图象可求得该橡皮筋的劲度系数kN/m。(4)这种橡皮筋的Y值等于。图2-4-8(1)在弹性限度内，弹力F与伸长量x成正比，Fkx，又根据题意可知，kYS/L则FkxYSx/L，得出杨氏模量YFL/xS各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是N/m2Pa，D正确。(2)根据精确度判断可知a为毫米刻度尺，b为螺旋测微器。(3)根据表格数据，描点、连线，可得Fx图象如图所示。根据斜率的物量意义表示劲度系数k，kF/x3

13、.1102 N/m (4)根据YkL/S求得，Y5106 Pa。D毫米刻度尺螺旋测微器拉力F/N510152025伸长量x/cm1.63.24.76.48.05.如图2-4-9所示，某同学和你一起探究弹力与弹簧伸长的关系，并测弹簧的劲度系数k。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度值记作L0；弹簧下端挂一个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；挂七个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L7。(1)下表记录的

14、是该同学已测出的6个值，其中有两个数值在记录时有误，它们的代表符号分别是_和_。(2)测量记录表：图2-4-9代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。(3)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值:d1=L4-L0=6.90 cm，d2=L5-L1=6.90 cm，d3=L6-L2=7.00 cm。请你给出第四个差值:d4=_=_ cm。(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量L。L用d1、d2、d3、d4表示的式子为：L=_。代入数据解得L=_ cm。(5)计算弹簧的劲度系数k=_ N/m。(取g=9.8 m/s2)(1)L5L6(2)6.85(6.846.86)14.05(14.0414.06)(3)L7-L3 7.20(7.187.22)(4)(d1+d2+d3+d4)/(44)1.75(5)28