第三章相互作用实验1探究弹力和弹簧伸长的关系课件1:38张PPT

课件38张PPT。实验:探究弹力和弹簧伸长的关系【实验过程】
一、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,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入设计的表格中。3.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5。二、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,如图所示。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劲度系数,
这个常数也可根据F -x图线的斜率求解,k= 【实验探究】
1.本实验中的误差来源主要在哪几个方面?如何减小误差?提示:(1)本实验的误差来源之一是因弹簧拉力大小的不稳定造成读取弹簧长度时产生误差,因此,使弹簧的悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,当弹簧及钩码停止上下振动处于静止状态时测量弹簧的长度,可以提高实验的精确度。
(2)弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源,所以,测量时视线平视准确读数,尽量精确地测量弹簧的长度。
(3)弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力影响也会带来系统误差。为减小误差,实验中应使用轻质弹簧。(4)在F-x图象上描点、作图不准确也会引起误差,所以,每次所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标纸上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确。2.本实验中,采用图象法处理数据,描点连线时应注意什么问题?
提示:描点连线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。3.本实验可以做何改进?
提示:(1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,也可以不测量弹簧的自然长度,而以弹簧的总长作为自变量,弹力为函数,作出弹力随弹簧长度变化的关系图线。这样可避免因测弹簧的自然长度而带来的误差。(2)本实验还可用如图装置来探究弹力和弹簧伸长量的关系,所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。这样可避免测弹簧原长时自身重力的影响。类型1 实验原理及注意事项
【典例1】(2015·福建高考)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)由题图乙标尺刻度可知示数l2=14.66cm,
Δl=l2-l1=6.93cm。
(2)为防止弹簧超出弹性限度应逐渐增加钩码的重量,故选A。(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,主要原因是钩码重力超出弹簧的弹性限度。
答案:(1)6.93　(2)A　(3)超出弹簧的弹性限度
类型2 实验数据处理
【典例2】(2017·洛阳高一检测)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
(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________(选填“水平”或“竖直”)方向。(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,数据如表: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________(选填“L0”或“Lx”)的差值。
(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)。【解析】(1)当弹簧轴线与刻度尺竖直平行时,刻度尺读数才能准确反映弹簧的长度及长度的变化,故都应在竖直方向。
(2)当弹簧静止时,刻度尺读数才准确,题中L3保留小数点后一位,应保留两位,所以L3记录不规范,刻度尺的精确度为1mm,所以最小分度为1mm。(3)由题图可知,在纵轴每增加0.01kg时,横轴x的增加
量为2×10-2m,弹簧长度L1与L0的差值为4×10-2m,所以
横轴是弹簧长度与Lx的差值。
(4)由题图可知,弹簧的劲度系数等于斜率与重力加速
度的乘积,即k= =4.9N/m,砝码
盘的质量m0= =10 g。答案:(1)竖直　(2)静止　L3　1mm　(3)Lx　(4)4.9　10类型3 实验创新设计
【典例3】在“探究弹力和弹簧伸长量的
关系并测定弹簧的劲度系数”的实验中,
实验装置如图所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度。(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标图中描点如图,请作出F-L图线。(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=______cm,劲度系数k=______N/m。
(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)。(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较。
优点在于:______________________________。
缺点在于:______________________________。【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示:(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图象可知,L0=5×10-2m=5cm。
劲度系数为图象直线部分的斜率,k=20N/m。(3)记录数据的表格如表:(4)优点是:避免弹簧自身所受重力对实验的影响。
缺点是:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差增大。答案:(1)见解析　(2)5　20　(3)见解析
(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响　弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差增大