高中物理-實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件-教科版

實(shí)驗(yàn)二探究(tànjiū)彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系第一頁(yè)，共45頁(yè)。1.探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系.2.學(xué)會(huì)用列表法和圖像法處理實(shí)驗(yàn)(shíyàn)數(shù)據(jù).第二頁(yè)，共45頁(yè)。彈簧受力會(huì)發(fā)生形變，在豎直懸掛的輕彈簧下端(xiàduān)懸掛鉤碼，平衡時(shí)彈力大小等于鉤碼重力大小，用刻度尺量出彈簧的伸長(zhǎng)量，改變鉤碼數(shù)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，就可以定量地尋找彈力與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系.第三頁(yè)，共45頁(yè)。鐵架臺(tái)、毫米(háomǐ)刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)、三角板、鉛筆、重垂線、坐標(biāo)紙等.第四頁(yè)，共45頁(yè)。1.如圖所示，將鐵架臺(tái)放在桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度尺(最小分度為1mm)固定于鐵架臺(tái)上，并用(bìnɡyònɡ)重垂線檢查刻度尺是否豎直.2.記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0，即彈簧的原長(zhǎng).第五頁(yè)，共45頁(yè)。3.在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止(jìngzhǐ)時(shí)測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度l，求出彈簧的伸長(zhǎng)x和所受的外力F(等于所掛鉤碼的重力).4.改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，將所測(cè)數(shù)據(jù)填寫在下列表格中.記錄表：彈簧原長(zhǎng)l0=______cm.次數(shù)內(nèi)容123456拉力F/N彈簧總長(zhǎng)/cm彈簧伸長(zhǎng)/cm第六頁(yè)，共45頁(yè)。5.以力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn).6.按照?qǐng)D中各點(diǎn)的分布與走向，作出一條平滑的圖線.所畫的點(diǎn)不一定正好都在這條圖線上，但要注意使圖線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同.7.以彈簧的伸長(zhǎng)為自變量，寫出圖線所代表(dàibiǎo)的函數(shù)表達(dá)式，并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義.第七頁(yè)，共45頁(yè)。1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確造成系統(tǒng)誤差.2.彈簧長(zhǎng)度(chángdù)的測(cè)量和作圖時(shí)造成偶然誤差.第八頁(yè)，共45頁(yè)。1.所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度，要注意觀察，適可而止2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使坐標(biāo)點(diǎn)的間距盡可能大，這樣作出的圖線準(zhǔn)確度更高一些3.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)(zhuàngtài)時(shí)測(cè)量，以免增大誤差第九頁(yè)，共45頁(yè)。4.描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)5.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力、彈簧的原長(zhǎng)l0、總長(zhǎng)l及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系(guānxì)及單位6.坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中第十頁(yè)，共45頁(yè)。本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來自彈簧(tánhuáng)的重力，所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧(tánhuáng)自重的影響：1.一個(gè)方案是將彈簧(tánhuáng)穿過一根水平光滑的杠桿，在水平方向做實(shí)驗(yàn)2.另一個(gè)方案是選擇勁度系數(shù)較小的輕彈簧(tánhuáng)，通過減小讀數(shù)的相對(duì)誤差來提高實(shí)驗(yàn)的精確度第十一頁(yè)，共45頁(yè)。3.利用計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)，將彈簧水平放置，且一端固定在傳感器上，傳感器與計(jì)算機(jī)相連，對(duì)彈簧施加變化(biànhuà)的作用力(拉力或推力)時(shí)，計(jì)算機(jī)上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖像(如圖甲、乙所示)，分析圖像得出結(jié)論第十二頁(yè)，共45頁(yè)。實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析【例證1】(2012·臨沂模擬)如圖甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等(xiāngděng)的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系.第十三頁(yè)，共45頁(yè)。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：___________.(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有：___________.(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的F-x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________N/m.圖線不過(bùguò)原點(diǎn)的原因是由于________________________________.第十四頁(yè)，共45頁(yè)。(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端(xiàduān)在刻度尺上的刻度l0；C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D.依次在彈簧下端(xiàduān)掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端(xiàduān)所對(duì)應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；第十五頁(yè)，共45頁(yè)。E.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系式.首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮(kǎolǜ)二次函數(shù)；F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；G.整理儀器．請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：____________.第十六頁(yè)，共45頁(yè)?！疽?guī)范解答】(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)；(3)取圖像中(0.5,0)和(3.5,6)兩個(gè)點(diǎn)，代入F＝kx可得k＝200N/m，由于(yóuyú)彈簧自重的原因，使得彈簧不加外力時(shí)就有形變量.(4)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)镃BDAEFG.第十七頁(yè)，共45頁(yè)。答案：(1)刻度尺(2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)(shēnchánɡ)量(或與對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)(3)200彈簧自重(4)CBDAEFG第十八頁(yè)，共45頁(yè)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理【例證2】(2012·慶陽(yáng)模擬)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系并測(cè)定(cèdìng)彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力.實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度.第十九頁(yè)，共45頁(yè)。(1)有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)(shùjù)在坐標(biāo)圖中描點(diǎn)，請(qǐng)作出F-L圖線.第二十頁(yè)，共45頁(yè)。(2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)L0＝______cm，勁度系數(shù)k＝______N/m.(3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)(shíyàn)情況，請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)(shíyàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)(shíyàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù)).(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)(shíyàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較．優(yōu)點(diǎn)在于：____________________________________.缺點(diǎn)在于：____________________________________.第二十一頁(yè)，共45頁(yè)?！疽?guī)范(guīfàn)解答】(1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，如圖所示：第二十二頁(yè)，共45頁(yè)。(2)彈簧的原長(zhǎng)L0即為彈力(tánlì)為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，由圖像可知，L0＝5×10-2m＝5cm.勁度系數(shù)為圖像直線部分的斜率，k＝20N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如表：次數(shù)123456彈力F/N彈簧的長(zhǎng)度L/×10-2m彈簧的伸長(zhǎng)量x/×10-2m第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。(4)優(yōu)點(diǎn)是：避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響.缺點(diǎn)是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差增大(zēnɡdà).答案：(1)見規(guī)范解答(2)520(3)見規(guī)范解答(4)避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差增大(zēnɡdà)第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。1.(2012·汕頭模擬)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系(guānxì)”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是()A.彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C.用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D.用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等第二十五頁(yè)，共45頁(yè)?！窘馕觥窟xA、B.本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性(tánxìng)限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，以改變對(duì)彈簧的拉力，彈簧處于平衡狀態(tài)時(shí)，來探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，故A、B正確，D錯(cuò)誤；彈簧的伸長(zhǎng)量應(yīng)為彈簧的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng)，C錯(cuò)誤.第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。2.(2012·貴陽(yáng)模擬)某同學(xué)在做“研究彈簧的形變與外力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂，測(cè)出其自然長(zhǎng)度；然后在其下部施加外力F，測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度L，改變外力F的大小(dàxiǎo)，測(cè)出幾組數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長(zhǎng)度L的關(guān)系圖線如圖所示.(實(shí)驗(yàn)過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的)由圖可知該彈簧的自然長(zhǎng)度為______cm；該彈簧的勁度系數(shù)為______N/m.第二十七頁(yè)，共45頁(yè)?！窘馕觥慨?dāng)外力F=0時(shí)，彈簧(tánhuáng)的長(zhǎng)度即原長(zhǎng)為L(zhǎng)0=10cm，圖線的斜率就是彈簧(tánhuáng)的勁度系數(shù)，即答案：1050第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。3.(2011·安徽高考(ɡāokǎo))為了測(cè)量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼.實(shí)驗(yàn)測(cè)出了砝碼的質(zhì)量m與彈簧長(zhǎng)度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)出.(g=9.8m/s2)第二十九頁(yè)，共45頁(yè)。(1)作出m-l的關(guān)系(guānxì)圖線；(2)彈簧的勁度系數(shù)為_______N/m.第三十頁(yè)，共45頁(yè)。【解析】(1)如圖所示，讓直線(zhíxiàn)通過盡可能多的點(diǎn).第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。(2)從圖像中取兩相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，利用求出，k等于(děngyú)0.248N/m到0.262N/m之間某值.答案：(1)見解析(2)0.248～0.262第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。4.(2012·杭州模擬)某同學(xué)在做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置．他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端(xiàduān)，每次都測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度，將數(shù)據(jù)填在表中(彈簧始終在彈性限度內(nèi)).測(cè)量次序123456彈簧彈力大小F/N00.490.981.471.962.45彈簧總長(zhǎng)x/cm67.168.349.4810.8511.75第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖乙的坐標(biāo)紙上已描出了前四次測(cè)量的彈簧所受彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)x之間的函數(shù)關(guān)系點(diǎn)，請(qǐng)把第5、6次測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)描出來，并作出F-x圖線．(2)圖線跟x坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理(wùlǐ)意義是____________.(3)該彈簧的勁度系數(shù)k＝______(保留兩位有效數(shù)字).第三十五頁(yè)，共45頁(yè)?！窘馕?jiěxī)】(1)圖線如圖所示：第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。(2)圖線跟x坐標(biāo)軸交點(diǎn)表示彈簧所受外力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，即彈簧的原長(zhǎng).(3)在圖線上取相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)坐標(biāo)，由得答案(dáàn)：(1)見解析(2)彈簧的原長(zhǎng)(3)42N/m第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。5.(2012·廈門模擬)表中是某同學(xué)為“探究彈力(tánlì)與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)：彈力F/N0.51.01.52.02.5彈簧的伸長(zhǎng)x/cm2.65.07.29.812.4第三十八頁(yè)，共45頁(yè)。(1)請(qǐng)你在圖中的坐標(biāo)紙上作出F-x圖線；第三十九頁(yè)，共45頁(yè)。(2)寫出圖線所代表的函數(shù)式(x用m為單位)：__________；(3)寫出函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)(chángshù)的物理意義_________.(4)若彈簧的原長(zhǎng)為40cm，并且以彈簧的總長(zhǎng)度L為自變量，寫出函數(shù)表達(dá)式(N和m為單位)：_________.第四十頁(yè)，共45頁(yè)?！窘馕觥?1)以彈簧(tánhuáng)的伸長(zhǎng)量x為橫軸，以彈簧(tánhuáng)的彈力F為縱軸，將x軸每一小格取為1cm，F(xiàn)軸每一小格取為0.25N，將各點(diǎn)描到坐標(biāo)紙上，并連成直線，如圖所示:第四十一頁(yè)，共45頁(yè)。(2)由圖像得F與x的函數(shù)關(guān)系式可寫為F=kx，而k=20N/m，故F=20x.(3)函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(zhǎng)(或壓縮)1m，其彈力增加20N.(4)彈簧伸長(zhǎng)量x=(L-0.4)m，代入(2)中關(guān)系式得：F=20(L-0.4).答案(dáàn)：(1)見解析(2)F=20x(3)彈簧每伸長(zhǎng)(或壓縮)1m，其彈力增加20N(4)F=20(L-0.4)第四十二頁(yè)，共45頁(yè)。6.(2012·運(yùn)城模擬)用如圖甲所示的裝置測(cè)定(cèdìng)彈簧的勁度系數(shù)，被測(cè)彈簧一端固定于A點(diǎn)，另一端B用細(xì)繩繞過定滑輪掛