探究弹力与弹簧伸长的关系课件.ppt

二、实验原理 1.如图2-4-1所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出各点(x，F)，然后用平滑的曲线连结起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量之间的关系。,图2-4-1,三、实验器材 轻质弹簧一根、钩码一盒、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。,实验：探究弹力与弹簧伸长的关系,1.如图2-4-2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。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。,图2-4-2,四、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xnLnL0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。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。,五、注意事项 1.安装时，要保持刻度尺竖直并靠近弹簧。2.实验时，要尽量选择长度较大、匝数较多，但软硬程度(劲度系数)适中的弹簧，以每挂一个钩码(20 g)弹簧伸长量增大12 cm为宜。3.读取弹簧下端所对应的刻度时，要用三角板，并且视线垂直于刻度，力求读数准确，并且要等钩码静止时，再读数。4.实验中悬挂钩码时注意不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度。5.要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据。6.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。7.画图线时，不一定要让所有各点都正好在曲线上，但应注意使曲线两侧的点大致相同，偏离太远的点要舍弃。,在物理学中经常用图象处理物理问 题，要特别注意：图线斜率的意 义(或曲线切线斜率的意义)；图线与纵轴横轴交点的物理意义。,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。,本题主要考查使用弹簧时应注意的问题，还有用图象法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系。(1)实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力，以探究弹力与弹簧伸长的关系，并且拉力和重力平衡，所以选A、B。(2)由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选C。,【例1】(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(2)某同学做“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其 自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测 出弹簧伸长后的长度L，把L-L0作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧的自 身重力的影响，最后画出的图线可能是图中的(),AB,C,【例2】在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”的实验中，甲、乙两位同学 选用不同的橡皮绳代替弹簧。为测量橡皮绳的劲度系数，他们在橡皮绳 下端依次逐个挂上钩码(每个钩码的质量均为m=0.1 kg，取g=10 m/s2)，并记录绳下端的坐标X加i，然后逐个拿下钩码，同样记录绳下端的坐标 X减i，绳下端坐标的平均值Xi=(X加i-X减i)/2的数据如下表：(下标i表示挂在 绳下端钩码个数),(1)同一橡皮绳的X加i_X减i(大于或小于)；(2)_同学的数据更符合实验要求(甲或乙)；(3)选择一组数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m)；(4)为了更好地测量劲度系数，在选用钩码时需考虑的因素有哪些？,(1)小于(2)乙(3)63 N/m(4)见解析,(1)由甲、乙两同学测量数据看，橡皮绳所受拉力接近或超过了其弹性限度，其恢复能力要差一些，而且拉伸越长恢复能力越差。故X加i小于X减i。(2)乙同学的数据更符合实验要求，每增加一个钩码橡皮绳形变量大致相同，而甲同学所用橡皮绳的形变量差别非常大，表明已超过了弹性限度。(3)以乙同学数据作图象如图所示。(4)尽可能使橡皮绳伸长量在弹性限度内，同时有足够大的伸长量，以减小长度测量误差。,1.做“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验步骤如下：A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力大小为纵坐标，描出各组数据(x,F)对 应的点，并用平滑的曲线连结起来；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(也可在横梁的另一侧挂上一定的配重)，并将弹 簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；D.依次在弹簧下端挂上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x为自变量，写出弹力大小F与伸长量x的关系式。首先尝 试写成一次函数，如果不行，再尝试着写成二次函数；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起来：_。,C B D A E F G,(1)根据所测数据，在如图2-4-4所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在_N范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律，这种规律的弹簧的劲度系数为_N/m。,2.某同学用如图2-4-3所示的装置做的探究弹力和弹簧伸长量关系的实验。他 先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩 码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重 力加速度取g=9.8 m/s2),4.9,图2-4-4,图2-4-3,25,(1)根据题目所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时让尽量多的点落在线上(偏差比较大的点舍去)，不在线上的点尽量平均分配在线的两侧，如图所示。,2.如图2-4-5所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连。当对弹簧 施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生弹力 大小的关系图象(如图乙)，则下列判断正确的是()A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 C.该弹簧的劲度系数是200 N/m D.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变,1.在“探究弹力与弹簧伸长的关系”的实验中关于操作步骤的先后顺序，下列说法 中正确的是()A.先测量原长，后竖直悬挂 B.先竖直悬挂，后测量原长 C.先后顺序对实验结果无影响 D.先后顺序对实验结果的影响程度取决于弹簧的自重,B D,B C D,图2-4-5,3.某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。实验时，将 原长约200 mm的橡皮筋上端固定，在竖直悬挂的橡皮筋下端 逐一增挂钩码(质量均为20 g)，每增挂一只钩码均记下对应的 橡皮筋伸长量；当挂上10只钩码后，再逐一把钩码取下，每 取下一只钩码，也记下对应的橡皮筋伸 长量。根据测量数据，作出增挂钩码和 减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力F 关系的图象如图2-4-6所示。从图象中可 以得出_。(填选项前的字母)A.增挂钩码时l与F成正比，而减挂钩码时l与F不成正比 B.当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减 挂钩码时的大 C.当所挂钩码数相同时，增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减 挂钩码时的相等 D.增挂钩码时所挂钩码数过多，导致橡皮筋超出弹性限度,D,图2-4-6,4.下表是一位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所 测的几组数据：,图2-4-7,在如图2-4-7所示的坐标上作出F-x图线。写出曲线的函数表达式(x用cm作单位):_。函数表达式中常数的物理意义：。,弹簧的劲度系数,F=0.43x,5.如图2-4-8所示，某同学和你一起探究弹力与弹簧伸 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 指示的刻度值记作L0；弹簧下端挂一个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的 砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；挂七个50 g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_。(2)测量记录表：,图2-4-8,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。,(3)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:d1=L4-L0=6.90 cm，d2=L5-L1=6.90 cm，d3=L6-L2=7.00 cm。请你给出第四个差值:d4=_=_ cm。(4)根据以上差值，可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长 量L。L用d1、d2、d3、d4表示的式子为：L=_。代入数据解得L=_ cm。(5)计算弹簧的劲度系数k=_ N/m。(取g=9.8 m/s2),(1)L5 L6(2)6.85(6.846.86)14.05(14.0414.06)(3)L7-L3 7.20(7.187.22)(4)(d1+d2+d3+d4)/(44)1.75(5)28,