【优化方案】2014届高考物理(大纲版)一轮复习配套课件：实验二-探究弹力和弹簧伸长的关系

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系本节目录基础理论储备经典例题展示创新实验评析知能优化演练目录基础理论储备实验目的1．探究弹力与弹簧伸长的定量关系．2．学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系．实验原理1．弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．2．用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．目录3．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．即寻求F＝kx的关系.实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸．实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．2．如图所示，将已知质量的钩码挂在弹簧的下端，在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力，填写在记录表格里．目录1234567F/NL/cmx/cm3.改变所挂钩码的质量，重复前面的实验过程多次．目录数据处理1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线．2．以弹簧的伸长量为自变量，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．3．得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．误差来源1．弹簧长度的测量误差．2．描点画线的作图误差．目录注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．要注意观察，适可而止．2．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确．3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差．4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．目录拓展创新本实验的系统误差来自弹簧的重力，所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自重的影响：1．一个方案是将弹簧穿过一根水平光滑的杠杆，在水平方向做实验．2．另一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧，通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度．3．利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象(如图甲、乙所示)，分析图象得出结论．目录目录经典例题展示例1考点1实验器材及步骤的考查(2013·贵州质检)通过“探究弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系”实验，我们知道在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或压缩)量x成正比，并且不同的弹簧，其劲度系数不同，已知一根原长为L0、劲度系数为k1的长弹簧A，现把它截成长为23L0和13L0的B、C两段，设B段的劲度系数为k2、C段的劲度系数为k3，关于k1、k2、k3的大小关系，同学们做出了如下猜想．目录甲同学：既然是同一根弹簧截成的两段，所以k1＝k2＝k3乙同学：同一根弹簧截成的两段，越短劲度系数越大，所以，k1＜k2＜k3丙同学：同一根弹簧截成的两段，越长劲度系数越大，所以，k1＞k2＞k3(1)为了验证猜想，可以通过实验来完成．实验所需的器材除铁架台外，还需要的器材有__________________________．(2)简要写出实验步骤．(3)如图是实验得到的图线．根据图线得出弹簧的劲度系数与弹簧长度有怎样的关系？目录目录【解析】(1)实验中需要测弹簧的伸长和所挂钩码的重力，故需要刻度尺和已知质量且质量相等的钩码．(2)实验步骤：a．将弹簧B悬挂在铁架台上，用刻度尺测量其长度LB.b．在弹簧B的下端挂上钩码，记下钩码的个数(如n个)并用刻度尺测量弹簧的长度L1.c．由F＝mg计算弹簧的弹力；由x＝L1－LB计算出弹簧的伸长量．由k＝Fx计算弹簧的劲度系数．目录d．改变钩码的个数，重复实验步骤b、c，并求出弹簧B的劲度系数k2的平均值．e．按实验步骤a、b、c、d求出弹簧C的劲度系数k3的平均值.f．比较k1、k2、k3得到结论．(3)由图可知斜率越大，劲度系数越大．同一根弹簧截下的几段，越短的那段，劲度系数越大．【答案】见解析【方法总结】实验原理是实验的灵魂，仪器的选取和实验步骤的设置都要依据实验原理，实验原理是根据尽量减小实验误差而设定的．目录例2考点2对实验原理和数据处理的考查(2012·高考广东卷)某同学探究弹力和弹簧伸长的关系.(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在_______方向(填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧___________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：目录表中有一个数值记录不规范，代表符号为__________．由表可知所用刻度尺的最小分度为__________．(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与__________的差值．(填“L0”或“Lx”)代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30目录(4)由图可知弹簧的劲度系数为__________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为__________g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2)．目录【解析】(1)弹簧的轴线必须沿重力方向，所以应沿竖直方向．(2)由于表中测量值已经估读到0.1mm，所以刻度尺的最小分度应是1mm.(3)因为m0g＝k(Lx－L0)，nmg＋m0g＝k(Ln－L0)，整理得nmg＝k(Ln－Lx)，所以横轴应为弹簧长度与Lx的差值．(4)从上式可以看出图象的斜率表示k的大小，即k＝ΔmgΔx＝4.9N/m，m0＝kLx－L0g＝1.0×10－2kg＝10g.【答案】(1)竖直(2)静止L31mm(3)Lx(4)4.910目录创新实验评析【范例】(2013·运城模拟)用如图甲所示的装置测定弹簧的劲度系数，被测弹簧一端固定于A点，另一端B用细绳绕过定滑轮挂钩码，旁边竖直固定一最小刻度为mm的刻度尺，当挂两个钩码时，绳上一定点P对应刻度如图乙中ab虚线所示，再增加一个钩码后，P点对应刻度如图乙中cd虚线所示，已知每个钩码质量为50g，重力加速度g＝9.8m/s2，则被测弹簧的劲度系数为________N/m，挂三个钩码时弹簧的形变量为________cm.目录目录【解析】增加一个钩码，弹簧的拉力增加ΔF＝mg＝0.49N，弹簧的伸长量增加Δx＝7mm＝7×10－3m，故弹簧的劲度系数为k＝ΔFΔx＝0.497×10－3N/m＝70N/m.挂三个钩码时，x′＝3mgk＝3×50×10－3×9.870m＝21×10－3m＝2.10cm.目录【答案】702.10【创新评析】本实验的创新之处在于改弹簧竖直悬挂为水平放置，从而避免了弹簧自身重力对实验结果的影响，但弹簧与桌面的摩擦及滑轮处的摩擦造成实验误差增大．