2022年新教材高考物理总复习第二章相互作用第6讲实验：探究弹簧弹力与形变量的关系课件

这是一份2022年新教材高考物理总复习第二章相互作用第6讲实验：探究弹簧弹力与形变量的关系课件

一、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挂不同钩码时的伸长量x,建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力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,就可探究弹力 与弹簧伸长量间的关系。
二、实验器材铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、铅笔、重垂线、坐标纸等。部分器材用途:
三、实验步骤1.根据实验原理图,将铁架台放在桌面上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架 台的横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺(分度值为1 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,即弹簧的原长。3.在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l,求出弹簧的伸长量x 和弹力F(等于所挂钩码的重力)。4.改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写 在表格中。
记录表:弹簧原长l0=　　　    cm。
四、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,用平滑的曲线连接各点,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,写出图线所代表的函数表达式,并解释函数表达 式中常数的物理意义。
五、误差分析1.系统误差钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。2.偶然误差(1)弹簧长度的测量造成偶然误差,为了减小这种误差,要尽量多测几组数据。(2)作图不规范造成偶然误差,为了减小这种误差,画图时要用细铅笔作图,所 描各点尽可能多地落在直线上,不在直线上的点应尽量均匀分布在直线的两 侧。
1.(多选)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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
2.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”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跟弹簧总长L之间的关系式为    F=1 000(L-0.10)(N)    。
考点一　实验的注意事项(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。
例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　弹簧有自重    。(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l0
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    。
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)和(3.5 cm,6 N)两个点,代入ΔF=kΔx可得k=200 N/m,由 于弹簧有自重,因此弹簧不加钩码时就有形变量;(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
考点二　实验的数据处理方法(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。
例2　某同学利用图甲所示的装置探究弹簧弹力与伸长量的关系。 
(1)该同学将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐,记下不挂钩码时弹簧下端指 针所指刻度尺的刻度值,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,依次记下指针所指刻度尺的刻度值,记录数据列表如下(设弹簧始终未超过弹性限 度,取重力加速度g=9.80 m/s2):
在图甲中,挂30 g钩码时刻度尺的读数为　7.15(±0.01)    cm。(2)如图乙所示,该同学根据所测数据,建立了x-m坐标系,并描出了5组测量数 据,请你将第2组数据描在坐标纸上(用“+”表示所描的点),并画出x-m的关 系图线。
(3)根据x-m的关系图线可得该弹簧的劲度系数约为　25.3(±0.3)    N/m(结果 保留3位有效数字)。