高考物理总复习第二章实验(一)探究弹力与弹簧伸长量的关系实验课件

1、实验目的实验目的1探究弹力与弹簧伸长的定量关系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学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法法实验原理实验原理1如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等的重力大小相等2用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量，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在坐标系中描出

2、实验所测得的各组(x，F)对对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验应的点，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的所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量的关系关系实验器材实验器材轻质弹簧轻质弹簧(一根一根)，钩码，钩码(一盒一盒)，刻度尺，铁架台，重，刻度尺，铁架台，重垂线，坐标纸，三角板垂线，坐标纸，三角板实验步骤实验步骤1如图所示，将铁架台放于桌面上如图所示，将铁架台放于桌面上(固定好固定好)，将弹，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺簧的一端固定于铁架台的横梁上，在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为最小分度为mm)固定于铁架台上，并用重垂线检查刻

3、度固定于铁架台上，并用重垂线检查刻度尺是否竖直尺是否竖直2记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度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弹簧下端所对应的刻度L1.钩码个数钩码个数刻度刻度伸长量伸长量x弹力弹力F01236L0L1L2L3L6x1L1L0 x2L2L0 x3L3L0 x6L6L0F1F2F3F64.用上面方法，记下弹簧下端挂用上面方法，记下弹簧下端挂2个、个、3个、个、4个个钩码时，弹簧下端所对应的刻度钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4，并将所，并将所得数据记录在表格中

4、得数据记录在表格中5用用xnLnL0计算出弹簧挂计算出弹簧挂1个、个、2个、个、3个个钩钩码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值码时弹簧的伸长量，并根据当地重力加速度值g，计算出，计算出所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，所挂钩码的总重力，这个总重力就等于弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格将所得数据填入表格6根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力根据所测数据在坐标纸上描点，最好以弹簧弹力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标7按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线的曲线(包括直线包括直线)，所画的

5、点不一定正好都在这条曲线上，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，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解释函数表达式中常数的物理意义数据处理数据处理根据所测数据在坐标纸上描点，以弹力为纵坐标，根据所测数据在坐标纸上描点，以弹力为纵坐标，以弹簧伸长为横坐标按照图中各点的分布与走向，尝试以弹簧伸长为横坐标按照图中各点的分布与走向，尝试作一条平滑的曲线作一条平滑的曲线(包括直线

6、包括直线)，如果所画的点不在同一条，如果所画的点不在同一条曲线上，那么应该使曲线两边的点数大致相同根据图象曲线上，那么应该使曲线两边的点数大致相同根据图象形状，利用数学知识，写出以弹簧伸长为自变量，弹力为形状，利用数学知识，写出以弹簧伸长为自变量，弹力为函数的函数关系式理解函数表达式中常数的物理意义函数的函数关系式理解函数表达式中常数的物理意义本实验最终得到弹力与弹簧伸长量之间的关系，在本实验最终得到弹力与弹簧伸长量之间的关系，在误差范围内有误差范围内有Fkx，其中，其中F为弹力，为弹力，x是弹簧伸长量，是弹簧伸长量，k是一个由弹簧决定的物理量是一个由弹簧决定的物理量注意事项注意事项1实验过程

7、中，注意拉力不要超过弹簧弹性限实验过程中，注意拉力不要超过弹簧弹性限度测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直度测量弹簧长度时，不要用手拉弹簧，在弹簧自然竖直状态去测量状态去测量2强调实验的探索性，即实验前并不知道弹力和弹强调实验的探索性，即实验前并不知道弹力和弹簧的伸长有什么关系，如果是验证性实验，在坐标纸上描簧的伸长有什么关系，如果是验证性实验，在坐标纸上描点以后所作直线的根据就是所验证的规律，但这是个探索点以后所作直线的根据就是所验证的规律，但这是个探索性实验，实验前并不知道这个规律，所以描点以后作的曲性实验，实验前并不知道这个规律，所以描点以后作的曲线是试探性的，只是在分析了点的

8、分布和走向以后才决定线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来拟合这些点用直线来拟合这些点3做出直线之后，要用初中学过的正比例函数做出直线之后，要用初中学过的正比例函数(一次一次函数函数)的知识写出直线所代表函数解析式，即写出的知识写出直线所代表函数解析式，即写出Fkx.然后选定一组然后选定一组F和和x，从而确定，从而确定k的值但这个实验的重点的值但这个实验的重点在于它的探索性，比例系数的精确度不是重点在于它的探索性，比例系数的精确度不是重点4要认识系数要认识系数k的物理意义，即在伸长量一定时的物理意义，即在伸长量一定时k越越大弹力也越大，它反映了弹簧的大弹力也越大，它反映了弹

9、簧的“劲度劲度”5使用弹簧的伸长数据时应采用使用弹簧的伸长数据时应采用(ll0)，即弹簧长，即弹簧长度变化量如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长，度变化量如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长，得到的不是正比例函数得到的不是正比例函数误差分析误差分析1本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差差2弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响3为了减小误差，要尽量多测几组数据为了减小误差，要尽量多测几组数据.实验目的实验目的验证力的合成的平行四边形定则验证力的合成的平行四边形定则实验原理实验原理当两个力共同作用使橡

10、皮条伸长到结点当两个力共同作用使橡皮条伸长到结点O，一个力作，一个力作用也使橡皮条伸长到结点用也使橡皮条伸长到结点O时，这一个力就是前两个力的时，这一个力就是前两个力的合力合力实验器材实验器材方木板一块，弹簧秤两个，白纸，橡皮条一段，细方木板一块，弹簧秤两个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉绳套两个，图钉(若干若干)，三角板，刻度尺，铅笔，三角板，刻度尺，铅笔实验步骤实验步骤1用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上2用图钉把橡皮条一端固定在板上的用图钉把橡皮条一端固定在板上的A点，用两条点，用两条细绳套系在橡皮条的另一端细绳套系在橡皮条的另一端3用两

11、个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O(如图所如图所示示)4用铅笔描下结点用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向，的位置和两条细绳套的方向，并记录弹簧秤的读数在白纸上按比例作出两个弹簧的拉并记录弹簧秤的读数在白纸上按比例作出两个弹簧的拉力力F1和和F2的图示利用刻度尺和三角板根据平行四边形定的图示利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力则求出合力F.5只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉只用一个弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置到与前面相同的

12、位置O，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，记下弹簧秤的读数和细绳的方向，按同样的比例用刻度尺从按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力点起做出这个弹簧秤的拉力F的图示的图示6比较比较F与用平行四边形定则求得的合力与用平行四边形定则求得的合力F，在实，在实验误差允许的范围内是否相等验误差允许的范围内是否相等7改变两个分力改变两个分力F1和和F2的大小和夹角，再重复实验的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的两次，比较每次的F与与F是否在实验误差允许的范围内相是否在实验误差允许的范围内相等等数据处理数据处理用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮条，用两个弹簧秤分别勾住绳套，互成角度地拉橡皮

13、条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置使橡皮条伸长，结点到达某一位置O后，需用铅笔记录下后，需用铅笔记录下O点的位置，记录下两条细绳的方向及对应的两个弹簧秤点的位置，记录下两条细绳的方向及对应的两个弹簧秤的示数，用两个弹簧秤分别向两个方向拉橡皮条时，必须的示数，用两个弹簧秤分别向两个方向拉橡皮条时，必须保证弹簧秤与木板平面平行用铅笔和刻度尺在白纸上从保证弹簧秤与木板平面平行用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线，并按一定的标度作出两点沿着两条细绳的方向画直线，并按一定的标度作出两个力个力F1和和F2的图示，此时一定要对应好的图示，此时一定要对应好F1、F2的方向与大的方向与大小；然后

14、用平行四边形定则作出合力小；然后用平行四边形定则作出合力F；然后只用一个弹；然后只用一个弹簧秤，用同样的方法作出与簧秤，用同样的方法作出与F1和和F2共同作用效果相同的力共同作用效果相同的力F，最后，一定要实现本实验的实验目的，就是比较，最后，一定要实现本实验的实验目的，就是比较F和和F的大小及方向的关系，从而验证力的平行四边形定则的大小及方向的关系，从而验证力的平行四边形定则注意事项注意事项1弹簧秤是根据弹簧形变和外力成正比的原理制成弹簧秤是根据弹簧形变和外力成正比的原理制成的测量力的仪器使用前要检查零点，观察测量范围、单的测量力的仪器使用前要检查零点，观察测量范围、单位和最小分度值，并弄清

15、测量时应读到的位数，通常估读位和最小分度值，并弄清测量时应读到的位数，通常估读到最小分度值的下一位测量时要防止摩擦，注意不要超到最小分度值的下一位测量时要防止摩擦，注意不要超过测量范围过测量范围2如果使用两个弹簧秤进行实验，在实验中除了应如果使用两个弹簧秤进行实验，在实验中除了应首先检查零点外，还需把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平首先检查零点外，还需把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌上反向拉动，看它们的示数是否总是相同如果相放在桌上反向拉动，看它们的示数是否总是相同如果相同，则实验时就可以同时使用这两个弹簧秤读数；如果不同，则实验时就可以同时使用这两个弹簧秤读数；如果不相同，则应只用其中一个弹

16、簧秤进行读数相同，则应只用其中一个弹簧秤进行读数(每个分力或合每个分力或合力都用这个弹簧秤读数力都用这个弹簧秤读数)3本实验操作时应使橡皮条、细绳、弹簧秤都与木本实验操作时应使橡皮条、细绳、弹簧秤都与木板平行，以保证它们都在同一个平面上板平行，以保证它们都在同一个平面上4要使要使F与与F1和和F2的共同作用等效，实验时必须保的共同作用等效，实验时必须保证橡皮条与细绳的结点前后两次停留在同一位置证橡皮条与细绳的结点前后两次停留在同一位置5这个实验由于仪器和作图等各种原因会产生一定这个实验由于仪器和作图等各种原因会产生一定的误差，即用作图法得出的合力的误差，即用作图法得出的合力F与与F不完全一致如

17、果不完全一致如果相对误差在相对误差在5%以下，则可认为实验是成功的这里的相以下，则可认为实验是成功的这里的相对误差是指对误差是指F与与F的差值与的差值与F的比的比6作图时，应先定出力的单位长度，并将此单位长作图时，应先定出力的单位长度，并将此单位长度标注在图上度标注在图上7为使橡皮条有明显的伸长，两测力计应有较大的为使橡皮条有明显的伸长，两测力计应有较大的示数，同时合力不至于过小或过大，两测力计所拉线之间示数，同时合力不至于过小或过大，两测力计所拉线之间的夹角一般在的夹角一般在60120之间较为合适之间较为合适8画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图

18、画得大一些，但也不要太大而画出纸外，要严格按力的图示得大一些，但也不要太大而画出纸外，要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力要求和几何作图法作出合力误差分析误差分析本实验的误差的主要来源除了弹簧秤本身的误差外，本实验的误差的主要来源除了弹簧秤本身的误差外，还来源于读数误差和作图误差，因此，本实验首先要对弹还来源于读数误差和作图误差，因此，本实验首先要对弹簧秤的准确与否进行检查，读数时眼睛一定要正视，要按簧秤的准确与否进行检查，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确地读数和记录，两力的对边一定要平行两有效数字正确地读数和记录，两力的对边一定要平行两个分力之间的夹角越大，用平行四边形定则作图得出

19、的合个分力之间的夹角越大，用平行四边形定则作图得出的合力的误差也越大，所以实验中不能把该夹角取得太大力的误差也越大，所以实验中不能把该夹角取得太大本实验允许的误差范围是：力的大小本实验允许的误差范围是：力的大小F5%，F与与F间的夹角间的夹角7.命题规律命题规律根据实验结果总结出弹力和弹簧伸长的根据实验结果总结出弹力和弹簧伸长的关系，关系，Fkx.实验中注意事项的考查实验中注意事项的考查考例考例1(2010浙江理综浙江理综)在在“探究弹簧弹力大小与探究弹簧弹力大小与伸长量的关系伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学选用不同的橡的实验中，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

20、系数，他们在橡皮绳皮绳代替弹簧，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下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为每个钩码的质量均为m0.1 kg，取取g10 m/s2)，并记录绳下端的坐标，并记录绳下端的坐标X加加i(下标下标i表示挂在绳表示挂在绳下端钩码个数下端钩码个数)，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标坐标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：挂在橡皮绳下端挂在橡皮绳下端的钩码个数的钩码个数橡皮绳下端的坐标橡皮绳下端的坐标(Xi/mm)甲甲乙乙1216.5216.52

21、246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮绳的同一橡皮绳的X加加_X减减(大于或小于大于或小于)；(2)_同学的数据更符合实验要求同学的数据更符合实验要求(甲或乙甲或乙)；(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？的因素有哪些？解析解析(1)小于小于(2)乙乙(3)由所给数据得改变量如下表所示由所给数据得改变量如下表所示挂在橡皮绳下挂在橡皮绳下端的钩码

22、个数端的钩码个数改变量改变量(XiX1)/mm甲甲乙乙1230.215.5367.530.04118.547.75178.064.86245.584.5由上表作图得由上表作图得由图可知由图可知k乙乙5770(N/m)或或对于甲同学的数据，因为只有前几个数据可认为在对于甲同学的数据，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，同时有足够大的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伸长量，以减小长度测量的误差(2010福建理综福建理综)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受某实

23、验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系实验时，将原长约拉力的关系实验时，将原长约200 mm的橡皮筋上端固的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码定，在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上，每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记只钩码后，再逐一把钩码取下，每取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和下对应的橡皮筋伸长量根据测量数据，作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力与拉力F关系的图象如图所关系的

24、图象如图所示从图象中可以得出示从图象中可以得出_(填选项前的字母填选项前的字母)A增挂钩码时增挂钩码时l与与F成正比，而减挂钩码时成正比，而减挂钩码时l与与F不不成正比成正比B当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大量比减挂钩码时的大C当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等量与减挂钩码时的相等D增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度性限度答案答案D解析解析若橡皮筋一直在弹性限度内，虚线和实线应若橡皮筋一直在弹性限度内

25、，虚线和实线应重合由于图中虚线和实线并不重合，说明增挂钩码时所重合由于图中虚线和实线并不重合，说明增挂钩码时所挂钩码过多，导致橡皮筋超出了弹性限度，选项挂钩码过多，导致橡皮筋超出了弹性限度，选项D正确正确.命题规律命题规律该考点常以选择题或填空题在实验题中该考点常以选择题或填空题在实验题中出现，常以考查实验的基本原理和实验步骤为主出现，常以考查实验的基本原理和实验步骤为主考例考例2(2010天津理综天津理综)在探究求合力的方法时，在探究求合力的方法时，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次

26、是通套的两根细绳实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，另一次是用一过两细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条个弹簧秤通过细绳拉橡皮条实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法实验对两次拉伸橡皮条的要求中，下列哪些说法是正确的是正确的_(填字母代号填字母代号)A将橡皮条拉伸相同长度即可将橡皮条拉伸相同长度即可B将橡皮条沿相同方向拉到相同长度将橡皮条沿相同方向拉到相同长度C将弹簧秤都拉伸到相同刻度将弹簧秤都拉伸到相同刻度D将橡皮条和绳的结点拉到相同位置将橡皮条和绳的结点拉到相同位置同学们在操作过程中有如下议论，其中对减小实同学们在

27、操作过程中有如下议论，其中对减小实验误差有益的说法是验误差有益的说法是_(填字母代号填字母代号)A两细绳必须等长两细绳必须等长B弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行C用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽用两弹簧秤同时拉细绳时两弹簧秤示数之差应尽可能大可能大D拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两拉橡皮条的细绳要长些，标记同一细绳方向的两点要远些点要远些解析解析本题考查了探究合力的方法与原理本题考查了探究合力的方法与原理为保为保证两次拉力的效果相同，保证橡皮条沿相同方向伸长，且证两次拉力的效果相同，保证橡皮条沿相同方向伸长，且伸长量相同，故选项伸长量相同，故选项B、D正确正确减小误差必须保证弹簧秤、细绳、橡皮条在同一减小误差必须保证弹簧秤