北京专用高考物理一轮复习第二章相互作用第6讲实验探究弹力和弹簧伸长的关系.ppt

,知识梳理,深化拓展,栏目索引,第,6,讲实验：探究弹力和弹簧伸长的关系,知识梳理,实验装置,实验原理,(1),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,与所挂钩码的重力大小相等。,(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去,弹簧原来的长度,进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧,伸长量之间的定量关系了。,1.(多选)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,以下说法正确的,是,(),A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度,B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于,平衡状态,C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量,D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量,之比相等,AB,答案,AB本实验应以需要研究的一根弹簧为实验对象,在其弹性限,度内通过增减钩码的数目,以改变对弹簧的拉力,来探究弹力与弹簧伸,长的关系,弹簧的伸长量应为弹簧的长度减去弹簧的原长。所以选,项A、B正确,C、D错误。,2.在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,某实验小组将不同数量,的钩码分别挂在竖直弹簧下端,进行测量,根据实验所测数据,利用描点,法作出了所挂钩码的重力,G,与弹簧总长,L,的关系图像,如图所示。根据,图像回答以下问题:,(1)弹簧的原长为,10 cm,;,(2)弹簧的劲度系数为,1 000 N/m,;,(3)分析图像,总结弹簧弹力,F,跟弹簧长度,L,之间的关系式为,F,=1 000(,L,-0.10)(N),。,答案,(1)10 cm(2)1 000 N/m(3),F,=1 000(,L,-0.10)(N),解析,由题图知,当不挂钩码时,弹簧长10 cm,即弹簧原长为10 cm;弹簧,的劲度系数等于图像的斜率,即,k,=,N/m=1 000 N/m,由数学,函数关系可得弹簧弹力,F,跟弹簧长度,L,之间的关系式为,F,=1 000(,L,-0.10),(N)。,深化拓展,考点实验的注意事项与数据处理,深化拓展,考点实验的注意事项与数据处理,1.注意事项,(1)安装实验装置:要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。,(2)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免超过弹,簧的弹性限度。,(3)尽量多测几组:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。,(4)观察所描点的走向:不要画折线。,(5)统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单,位。,2.数据处理,(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量。,(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。,1-1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。,(1)为完成实验,还需要的实验器材有:,刻度尺,。,(2)实验中需要测量的物理量有:,弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量（或长度）,。,(3)图乙是弹簧弹力,F,与弹簧伸长量,x,的,F,-,x,图线,由此可求出弹簧的劲度,系数为,200,N/m。图线不过原点的原因是,弹簧自重,。,(4)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,描出各组(,x,、,F,)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,l,0,C.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,D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个,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,E.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,则考虑二次函数,F.解释函数表达式中常数的物理意义,G.整理仪器,请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:,CBDAEFG,。,答案,(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或长,度)(3)200弹簧自重(4)CBDAEFG,解析,(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧的长度;,(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受,外力与对应的伸长量(或长度);,(3)取图像中(0.5 cm,0 N)和(3.5 cm,6 N)两个点,代入,F,=,k,x,可得,k,=200,N/m,由于弹簧自重的原因,使得弹簧不加外力时就有形变量;,(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。,1-2某实验小组探究弹簧的劲度系数,k,与其长度(圈数)的关系。实验,装置如图(a)所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针,P,0,、,P,1,、,P,2,、,P,3,、,P,4,、,P,5,、,P,6,分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;,通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P,0,指向0刻度。设弹,簧下端未挂重物时,各指针的位置记为,x,0,;挂有质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为,x,。测量结果及部分计算结果如下表所示(,n,为弹簧的,圈数,取重力加速度为9.80 m/s,2,)。已知实验所用弹簧总圈数为60,整个,弹簧的自由长度为11.88 cm。,图(a),P,1,P,2,P,3,P,4,P,5,P,6,x,0,(cm),2.04,4.06,6.06,8.05,10.03,12.01,x,(cm),2.64,5.26,7.81,10.30,12.93,15.41,n,10,20,30,40,50,60,k,(N/m),163,56.0,43.6,33.8,28.8,1/,k,(m/N),0.006 1,0.017 9,0.022 9,0.029 6,0.034 7,(1)将表中数据补充完整:,81.7,0.012 2,。,(2)以,n,为横坐标,1/,k,为纵坐标,在图(b)给出的坐标纸上画出,-,n,图像。,图(b),(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验中所用的弹簧,截取圈数为,n,的一段弹簧,该弹簧的劲度系数,k,与其圈数,n,的关系的表达,式为,k,=,N/m;该弹簧的劲度系数,k,与其自由长度,l,0,(单位为m)的关,系的表达式为,k,=,N/m。,答案,(1)81.70.012 2,(2),-,n,图像如图所示,(3),(在,之间均可),(在,之间均可),解析,(1)由胡克定律有,k,=,=,N/m=81.7 N/m,故有,=0.012 2 m/N。(2)作图过程略,图见答案。(3)因,-,n,图线是一条过原,点的直线,由图可得图线的斜率约为5.71,10,-4,m/N,故有,=5.71,10,-4,n,即,k,=,(N/m),由题分析可知弹簧的圈数,n,与原长,l,0,的关系为,n,=,l,0,故,k,=,(N/m)。,