2020版高中物理 第三章 实验 探究弹力与弹簧伸长量的关系课件 新人教版必修1

实验探究弹力与弹簧伸长量的关系1细梳理、基础巩固一、实验原理和方法1．弹簧弹力F的确定：弹簧下端悬挂钩码，静止的钩码处于平衡状态，弹力大小与所挂钩码的重力1__________．2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用2________测出，弹簧的伸长量x＝3__________.3．图象法处理实验数据：作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象，根据图象可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．大小相等刻度尺l－l0二、实验器材铁架台、毫米刻度尺(米尺)、4________、钩码(一盒)、三角板、5______、坐标纸等．三、实验步骤1．按要求安装实验装置，记下弹簧下端6__________时弹簧的长度l0.2．在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度，并记下7____________．3．增加钩码的个数，重复上述实验过程．轻弹簧铅笔不挂钩码钩码的重力四、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8______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．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的9__________，这个常数也可据F-x图线的斜率求解，k＝10______.3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．描点劲度系数ΔFΔx五、误差分析1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差要尽量11______几组数据．2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用12________弹簧．多测较轻的六、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13__________．2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于14__________时测量，刻度尺要保持15______并靠近弹簧，以免增大误差．3．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16__________分布在曲线的两侧．4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．弹性限度平衡状态竖直各点均匀1．(多选)关于“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，以下说法正确的是()A．弹簧被拉伸时，拉力越大越好B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要使弹簧保持竖直状态C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数D．用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量解析：选BC弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，选项A错误；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要使弹簧保持竖直状态，此时弹簧的弹力等于钩码的重力，选项B正确；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数，选项C正确；用刻度尺测得弹簧的长度不是伸长量，是原长和伸长量之和，选项D错误．2．某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________cm.(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________．(填选项前的字母)A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是___________________________________________．解析：(1)弹簧伸长后的总长度为14.66cm，则伸长量Δl＝14.66cm－7.73cm＝6.93cm.(2)逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧．(3)AB段明显偏离OA，伸长量Δl不再与弹力F成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的．答案：(1)6.93(2)A(3)弹簧受到的拉力使弹簧超过了其弹性限度3.某同学在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验时，将一轻弹簧竖直悬挂并让其自然下垂，测出其自然长度；然后在其下部施加外力F，测出弹簧的总长度L，改变外力F的大小，测出几组数据，作出外力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示(实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的)．由图可知该弹簧的自然长度为________cm；该弹簧的劲度系数为________N/m.解析：当外力F＝0时，弹簧的长度即原长为L0＝10cm，图线的斜率就是弹簧的劲度系数，即k＝10.0－030－10×102N/m＝50N/m.答案：10504．某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验，他在竖直悬挂的弹簧下端加挂钩码，如图是他根据实验数据在给定的坐标系中作出的弹簧总长度l与钩码质量m的关系图线．实验时弹簧始终未超过弹性限度，弹簧自身质量不计．根据图象可以计算出这根弹簧的(取g＝10m/s2)(1)原长l0＝________cm.(2)劲度系数k＝________N/m.解析：(1)由图知，不挂钩码时，弹簧的长度为5cm，所以弹簧原长l0＝5cm.(2)弹簧的劲度系数k＝Fx＝ΔFΔx＝ΔmgΔl，在图象中选取间隔较远的两点，将它们的横纵坐标的变化量代入，得k＝ΔmgΔl＝150×10－3×1010－5×10－2N/m＝30N/m.答案：(1)5(2)305．为了探究弹簧弹力F和弹簧伸长量x的关系，某同学选了A、B两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图所示的图象．从图象上看，该同学没能完全按实验要求做，使图线上端成了曲线．图线上端变成曲线的原因是__________．B弹簧的劲度系数为________N/m.若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(填“A”或“B”)．解析：图线向上弯曲的原因是超出了弹簧的弹性限度．题图中纵轴为弹簧伸长量，横轴为弹簧弹力，斜率的倒数表示劲度系数，由此可求出kB＝100N/m.由于A的劲度系数小，因此用其制作的弹簧测力计精确度较高．答案：超出了弹簧的弹性限度100A6．在探究弹力和弹簧伸长量的关系实验中，小明同学用甲、乙两根规格不同的弹簧进行实验，由实验得到弹簧伸长量x与弹簧受到的拉力F的关系如图a所示，由图求得弹簧乙的劲度系数为____N/m.若要在两根弹簧中选用一个来制作精度较高的弹簧测力计，应选弹簧________；用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力，如图b所示，物体重________N.解析：注意该图象中纵坐标表示伸长量，横坐标表示拉力，斜率的倒数表示弹簧的劲度系数，由此可求出k乙＝5－00.025－0＝200N/m.由于甲的劲度系数小，因此其精度高，若要在两根弹簧中选用一个来制作精度较高的弹簧测力计，应选弹簧甲．用制作好的弹簧测力计来测量物体的重力，如题图b所示，物体重4.0N.答案：200甲4.07．小江同学在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，用的实验装置如图所示，所用的钩码的质量均为50g．他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，并将数据填在表中，实验中弹簧始终未超过弹性限度，g取10m/s2.根据实验数据可得钩码质量/g050100150200250弹簧总长度/cm6.007.008.009.0010.0011.00(1)该弹簧的劲度系数k＝________N/m.(2)弹力F与形变量x的表达式：_____________________.解析：(1)根据胡克定律得：ΔF＝kΔx，k＝ΔFΔx＝0.050×100.01N/m＝50N/m.(2)弹力F与形变量x的表达式：F＝50N/m·x.答案：(1)50(2)F＝50N/m·x