山东省冠县武训高级中学高三物理复习课件：探究弹簧的弹力和伸长的关系1

探究弹力与弹簧伸长的关系高三总复习必修1二、实验原理三、实验器材铁架台、轻质弹簧一根、钩码若干、毫米刻度尺、重锤、坐标纸、三角板。一、实验目的1.探究弹力与弹簧伸长的关系。2.掌握利用图象研究两个物理量之间关系的方法。2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，建立坐标系，在坐标系中描出各点(x，F)，用平滑的曲线连结起来，根据实验所得的图线，探知弹力大小与伸长量之间的关系。1.在弹簧下端悬挂钩码，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。四、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。弹簧竖直悬挂时作为原长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。四、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量，这个总重量就是弹簧弹力的大小，将所得数据填入表格。zxxk钩码个数1234567拉力F/N总长L/cm伸长量X/cm四、实验步骤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。钩码个数1234567拉力F/N总长L/cm伸长量X/cm1.安装时，要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2.选择劲度系数适中的弹簧3.悬挂钩码时注意不要太多，以免超过弹簧的弹性限度。4.建立坐标系时，要选择合适标度，以使所画曲线占据整个坐标纸。5.画图线时，不一定要让所有点都正好在曲线上，但应注意使曲线两侧的点大致相同，偏离太远的点要舍弃。五、注意事项六、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。2.描点、画图不精确。在物理学中经常用图象处理物理问题，要特别注意：①图线斜率的意义(或曲线切线斜率的意义)；②图线与纵轴、横轴交点的物理意义。【例1】在“探究弹力与弹簧伸长的关系”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热点一实验原理及实验操作的考查【例2】下表是某同学为“探究弹力与弹簧伸长的关系”所测的几组数据：(1)请你在图2-3-3中的坐标纸上作出F-x图线；zxx```k(2)写出图线所代表的函数式(x用m为单位)：________；(3)写出函数表达式中常数的物理意义_____________________________________________。(4)若弹簧的原长为40cm，并且以弹簧的总长度L为自变量，写出函数表达式(N和m为单位)：_________。图2-3-3F=20x该弹簧每伸长(或压缩)1m，其弹力增加20NF=20(L-0.4)弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧的伸长x/cm2.65.07.29.812.4热点二实验数据的处理记录数据组123456钩码总质量(g)0306090120150弹簧总长(cm)6.007.118.209.3110.4011.52(1)在图坐标系中作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度x之间的函数关系的图线．利用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．所用的钩码每只的质量为30g．实验中，先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端，稳定后依次测出相应的弹簧总长度，将数据填在表中．(弹力始终未超过弹性限度，g取10m/s2)(2)由图线求得该弹簧的劲度系数k＝______N/m.(保留两位有效数字)······27【例3】用金属制成的线材(如钢丝、钢筋)受到拉力会伸长，十七世纪英国物理学家胡克发现：金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律。这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础。现有一根用新材料制成的金属杆，长为4m，横截面积为0.8cm2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000，问最大拉力多大？由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如下：zxx```k(1)测得结果表明线材受拉力作用后，其伸长与材料的长度成________，与材料的截面积成________。(2)上述金属细杆承受的最大拉力为_________N。热点三拓展创新实验正比反比1.0×1040.08cm0.06cm0.04cm0.02cm0.10cm1m0.32cm0.24cm0.16cm0.08cm0.05cm2m0.16cm0.12cm0.08cm0.04cm0.05cm1m1000N750N500N250N截面积长度伸长量拉力sFlkx2008年高考理综北京卷21（2）21、（2）（14分）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714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L7。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/cm1.703.405.108.6010.312.1②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。L5L66.8514.05714③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：1402513626.90cm,6.90cm,7.00cm,dLLdLLdLL请你给出第四个差值：d4=＝cm。L7–L37.20④根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量。用d1、d2、d3、d4表示的式子为：ΔL＝，代入数据解得ΔL＝cm。444321)dddd(1.75⑤计算弹簧的劲度系数k＝N/m。（g取9.8m/s2）28