高考物理一轮全程-2-4-实验(一)探究弹力与弹簧伸长量的关系课件

1.实验目的1．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法．2.实验原理1．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的重力大小相等．2．用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x，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伸长量的关系．3.实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，重垂线，坐标纸，三角板．4.实验步骤1．如图所示，将铁架台放于桌面上(固定好)，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(最小分度为mm)固定于铁架台上，并用重垂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L0.5.3．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L1.钩码个数刻度伸长量x弹力F0123…6L0＝L1＝L2＝L3＝…L6＝x1＝L1－L0x2＝L2－L0x3＝L3－L0…x6＝L6－L0F1＝F2＝F3＝…F6＝6.4.用上面方法，记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时，弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4……，并将所得数据记录在表格中．5．用xn＝Ln－L0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．6．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．7.7．按照图中各点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，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．8．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．9．解释函数表达式中常数的物理意义．8.数据处理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，尝试作一条平滑的曲线(包括直线)，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．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F＝kx，其中F为弹力，x是弹簧伸长量，k是一个由弹簧决定的物理量．9.注意事项1．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，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来拟合这些点．10.3．做出直线之后，要用初中学过的正比例函数(一次函数)的知识写出直线所代表函数解析式，即写出F＝kx.然后选定一组F和x，从而确定k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．4．要认识系数k的物理意义，即在伸长量一定时k越大弹力也越大，它反映了弹簧的“劲度”．5．使用弹簧的伸长数据时应采用(l－l0)，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，得到的不是正比例函数．11.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差．2．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．12.实验目的验证力的合成的平行四边形定则．实验原理当两个力共同作用使橡皮条伸长到结点O，一个力作用也使橡皮条伸长到结点O时，这一个力就是前两个力的合力．13.实验器材方木板一块，弹簧秤两个，白纸，橡皮条一段，细绳套两个，图钉(若干)，三角板，刻度尺，铅笔．14.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．2．用图钉把橡皮条一端固定在板上的A点，用两条细绳套系在橡皮条的另一端．3．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O(如图所示)．15.4．用铅笔描下结点O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力F1和F2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F.5．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O，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O点起做出这个弹簧秤的拉力F′的图示．6．比较F′与用平行四边形定则求得的合力F，在实验误差允许的范围内是否相等．16.7．改变两个分力F1和F2的大小和夹角，再重复实验两次，比较每次的F与F′是否在实验误差允许的范围内相等．17.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，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O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O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F1和F2的图示，此时一定要对应好F1、F2的方向与大小；然后用平行四边形定则作出合力F；然后只用一个弹簧秤，用同样的方法作出与F1和F2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F′和F的大小及方向的关系，从而验证力的平行四边形定则．18.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，注意不要超过测量范围．19.2．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；如果不相同，则应只用其中一个弹簧秤进行读数(每个分力或合力都用这个弹簧秤读数)．3．本实验操作时应使橡皮条、细绳、弹簧秤都与木板平行，以保证它们都在同一个平面上．4．要使F′与F1和F2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．20.5．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F与F′不完全一致．如果相对误差在5%以下，则可认为实验是成功的．这里的相对误差是指F′与F的差值与F′的比．6．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．7．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的夹角一般在60°～120°之间较为合适．21.8．画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，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．22.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，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的合力的误差也越大，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ΔF≤5%，F′与F间的夹角θ≤7°.23.命题规律根据实验结果总结出弹力和弹簧伸长的关系，F＝kx.实验中注意事项的考查．24.[考例1](2008·北京)某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系，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，指针指示的刻度数值记作L0；弹簧下端挂一个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；……；挂七个50g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L725.(1)下表记录的是该同学已测出的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____________．测量记录表：代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.126.(2)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，分别计算出三个差值：d1＝L4－L0＝6.90cm，d2＝L5－L1＝6.90cm，d3＝L6－L2＝7.00cm.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50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL，ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为：ΔL＝________________.代入数据解得ΔL＝________cm.(5)计算弹簧的劲度系数k＝________N/m.(g取9.8m/s2)27.[解析](1)读数时应估读一位，所以表格中L5、L6两个数值在记录时有误．(2)根据图示进行测量结果读数时，要确保有效位数正确，估读在误差允许的范围内．(3)第四个差值d4＝L7－L3＝7.20cm.28.[答案](1)L5

L6(2)6.85(6.84～6.86)14.05(14.04～14.06)(3)L7－L37.20(7.18～7.22)(5)2829.下表是某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中所测的几组数据.弹力F/N0.51.01.52.02.5伸长量x/cm2.305.086.899.8012.4030.(1)请你在图中的坐标纸上作出F－x的图线．(2)写出曲线所代表的函数式．(3)解释函数表达式中的常量的物理意义．(4)若弹簧的原长为40cm，并且以弹簧的总长为自变量，请你写出它的函数式．31.[解析](1)根据表中数据描点，按照图中各点的分布与走向，应作出一条直线，使直线两侧的点数大致相同，这样可以减少偶然误差，如图所示．(2)设直线斜率为k，由数学知识知，F＝kx＋C.在直线上取较远的两点(可以减少误差)，如图(9.80,2.0)与(2.30,0.5)，并代入上式得k＝0.2N/cm，C＝0.04N，所以函数表达式为：F＝(0.2x＋0.04)N32.(3)由F＝kx＋C知，当x＝0时，F＝C.因此，式中常数C表示弹簧的重力为0.04N若忽略弹簧的重力，则F＝kx，因此，式中常数k＝F/x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力，即劲度系数．(4)设弹簧的总长为Lx，则F＝kx＋C＝k(Lx－40)＋C＝(0.2Lx－7.96)N[答案](1)见解析图(2)(0.2x＋0.04)N(3)弹簧的重力为0.04N(4)(0.2Lx－7.96)N33.命题规律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．34.[考例2](2009·山东)某同学在家中尝试验证平行四边形定则，他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物，以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子，设计了如下实验：将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上，另一端与第三条橡皮筋连接，结点为O，将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物．35.①为完成该实验，下述操作中必需的是________．a．测量细绳的长度b．测量橡皮筋的原长c．测量悬挂重物后橡皮筋的长度d．记录悬挂重物后结点O的位置②钉子位置固定，欲利用现有器材，改变条件再次验证，可采用的方法是____________