探究彈力和彈簧伸長量的.ppt

實驗 探究彈力和彈簧伸長量的 關系,一、實驗目的 1探究彈力和彈簧伸長量之間的關系 2學會利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 二、實驗原理：彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等，這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出(可以用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力)；彈簧的原長和形變后的長度可用刻度尺測出，計算出彈簧的形變量，多測幾組數(shù)據(jù)，用列表或作圖的方法探索出彈力與彈簧伸長量的定量關系,三、實驗器材：彈簧(不同的多根)、刻度尺、鉤碼、鐵架臺 四、實驗方法：實驗觀察法、分析歸納法 五、實驗步驟 ： 圖1,1將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0 ，即原長 2如圖1所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，量出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，填入自己設計的表格中然后改變鉤碼的質(zhì)量，再讀出幾組數(shù)據(jù) 3將數(shù)據(jù)記錄在表格中(彈簧原長l0_ cm),六、實驗數(shù)據(jù)處理方法 1以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線 2探索結論：按照Fx圖象中各點的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)所畫的點不一定正好在這條曲線上，但要注意使曲線兩側的點數(shù)大致相同嘗試寫出曲線所代表的函數(shù)，首先看Fx是否為一次函數(shù)，如果不是則考慮是否是二次函數(shù)或其他函數(shù) 3得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義,七、誤差分析： 1.本實驗的誤差來源之一，是因彈簧拉力大小的不穩(wěn)定造成的. 因此，使彈簧的懸掛端固定，另一端通過懸掛鉤碼來充當對彈簧的拉力，待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實驗的準確度； 2彈簧長度的測量，是本實驗的主要誤差來源所以，測量時盡量精確地測量彈簧的長度 3描點、作圖不準確,八、注意事項： 1測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量、讀數(shù)，以免增大誤差 2所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度要注意觀察，適可而止 3每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標上描的點的間距盡可能大，這樣作出的圖線更精確,4建立平面直角坐標系時，兩軸上單位長度所代表的量值要適當，不可過大，也不可過小 5描線的原則是，盡量使各點落在描畫出的線上，少數(shù)點分布于線兩側，描出的線不應是折線，而應是平滑的曲線 6記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位,一、 (2010年高考浙江理綜卷)在“探究彈簧彈力大小與伸長量的關系”的實驗中，甲、乙兩位同學選用不同的橡皮繩代替彈簧，為測量橡皮繩的勁度系數(shù)，他們在橡皮繩下端依次逐個掛上鉤碼(每個鉤碼的質(zhì)量均為m0.1 kg，取g10 m/s2)，并記錄繩下端的坐標x加i(下標i表示掛在繩下端鉤碼個數(shù))，然后逐個拿下鉤碼，同樣記錄繩下端的坐標 x減i，繩下端坐標的平均值xi(x加ix減i)/2的數(shù)據(jù)如下表：,高考真題,(1)同一橡皮繩的x加i_x減i(“大于”或“小于”) (2)_同學的數(shù)據(jù)更符合實驗要求(“甲”或“乙”)； (3)選擇一組數(shù)據(jù)用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數(shù)k(N/m)； (4)為了更好地測量勁度系數(shù)，在選用鉤碼時需考慮的因素有哪些？ 【解析】 (1)小于 (2)乙 (3)由所給數(shù)據(jù)得改變量如下表所示,由上表作圖得,圖247,由圖可得k乙5770(N/m) 或 圖248,對于甲同學的數(shù)據(jù)，因為只有前幾個數(shù)據(jù)可認為在彈性范圍內(nèi)，由圖中切線的斜率得k甲2534(N/m) (4)盡可能使伸長量在彈性范圍內(nèi)，同時有足夠大的伸長量，以減小長度測量的誤差 【答案】 見解析,題型一 用圖象法處理實驗數(shù)據(jù) 圖2,例1 某同學用如圖2所示裝置做探究彈力和彈簧伸長關系的實驗他先測出不掛砝碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個增加砝碼，測出指針所指的標尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(取g9.8 m/s2),(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖3所示的坐標紙上作彈簧指針所指的標尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關系曲線 圖3,(2)根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)和關系曲線可以判斷，在_牛范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關系滿足胡克定律，這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為_牛/米 解析 (1)根據(jù)表格中所測數(shù)據(jù)，在坐標系中的描點連結如圖4所示 (2)從x與砝碼質(zhì)量m的關系曲線可看出，在04.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關系是一直線，說明彈簧在這一范圍內(nèi)滿足胡克定律，由直線斜率的倒數(shù)可求得彈簧勁度系數(shù)為25.0 N/m.,答案 (1)如圖4所示(2)04.9 25.0 圖4,例、以下是一名同學做“探究形變與彈力的關系”的實驗 (1)下列實驗步驟是這名同學準備完成的，請你幫他按操作的先后順序，將各步驟的順序號寫在橫線上_ A以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應的點，并用平滑的曲線連接起來； B記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度l0；,C將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺； D依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個、鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)， 然后取下鉤碼； E以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關系式； F解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義,(2)下表是這名同學探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關系所測的幾組數(shù)據(jù)： 算出每一次彈簧的伸長量，并將結果填在下表的空格內(nèi) 在下圖的坐標上作出Fx圖象,圖5 寫出曲線的函數(shù)表達式(x以cm為單位)：_. 函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義：_. 答案：(1)C，B，D，A，E，F(xiàn),(2)如下表所示,如圖6所示 圖6 F0.43x 函數(shù)表達式中的常數(shù)為彈簧的勁度系數(shù)，表示使彈簧每伸長或壓縮0.01 m(1 cm)所需的拉力大小為0.43 N.,圖7,二、.(2009.廣東高考)一個實驗小組在“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長度的圖象如圖7所示下列表述正確的是 ( ) Aa的原長比b的長 Ba的勁度系數(shù)比b的大 Ca的勁度系數(shù)比b的小 D測得的彈力與彈簧的長度成正比 答案：B,2.(2010.山東臨沂期中考試)如圖8甲所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連當對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關系圖象(如圖乙所示)則下列判斷正確的是 ( ) 圖8,A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比 B彈簧長度的增加量與對應的彈力增加量成正比 C該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/m D該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變 答案：BCD,3.17世紀英國物理學家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律受此啟發(fā)，一組同學研究“金屬線材伸長量與拉力的關系”的探究過程如下： A有同學認為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長量與拉力成正比，與截面半徑成反比 B他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象，用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設,C通過實驗取得如下數(shù)據(jù)： D同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設進行了補充完善,(1)上述科學探究活動中，屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是_、_. (2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設是否全部正確？若有錯誤或不足，請給予修正 _ _. 答案：(1)B C (2)他們的假設不是全部正確在彈性限度內(nèi)，金屬絲的伸長量與拉力成正比，與截面半徑的平方成反比，還與金屬絲的長度成正比,4.某同學在豎直懸掛的彈簧下加掛鉤碼，探究彈力與彈簧伸長量的關系表中是該同學記錄的實驗數(shù)據(jù)，實驗中彈簧始終未超過彈性限度(g10 m/s2),(1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標系中作出彈力F跟彈簧伸長量x的關系圖象； (2)根據(jù)圖象得到彈簧的勁度系數(shù)是_N/m. 解析：(1)利用題目給出的表格中，鉤碼質(zhì)量為零時彈簧的長度，可得彈簧原長為6.0 cm；根據(jù)給出的六組數(shù)據(jù)分別計算出對應狀態(tài)下彈簧的伸長量，可在彈力F與彈簧伸長量x的關系圖象中確定出六個點，用平滑的曲線連接盡量多的點所得圖象應該是過原點的一條直線，本實驗中最后一點要舍棄 (2)由所得圖象，計算圖象的斜率即為彈簧的勁度系數(shù),答案：如圖9所示 (2)25 圖9,三.(2008.北京高考)某同學和你一起探究彈力和彈簧伸長的關系，并測彈簧的勁度系數(shù)k.做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上當彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0；彈簧下端掛一個50 g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L1；彈簧下端掛兩個50 g 的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2；掛七個50 g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L7.,下表記錄的是該同學已測出的6個值，其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤，它們的代表符號分別是_和_ 測量記錄表：,圖10 實驗中，L3和L7兩個值還沒有測定，請你根據(jù)上圖將這兩個測量值填入記錄表中,為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計算出了三個差值：d1L4L06.90 cm，d2L5L16.90 cm，d3L6L27.00 cm. 請你給出第四個差值：d4_cm