新教科版第2章實驗探究課2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課件（25張）

實驗探究課2探究彈簧彈力與形變量

的關(guān)系第二章內(nèi)容索引0102強基礎(chǔ)固本增分研考點精準突破強基礎(chǔ)固本增分一、實驗?zāi)康奶骄繌椈蓮椓εc形變量的定量關(guān)系。二、實驗思路1.如圖所示,彈簧彈力(F)等于懸掛鉤碼的重力。

靜止時讀數(shù)2.彈簧伸長量(x)等于彈簧的現(xiàn)長(l)減去原長(l0)。3.多測幾組,找出F與x的關(guān)系。三、實驗器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標紙。四、進行實驗1.安裝實驗儀器。

豎直懸掛,自然下垂時測量2.用刻度尺測出彈簧的原長。3.在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時彈簧的長度l1,填入表格中。4.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對應(yīng)的彈簧長度,記錄m2,m3,m4,m5和相應(yīng)的彈簧長度l2,l3,l4,l5,并得出每次彈簧的伸長量x1,x2,x3,x4,x5。五、數(shù)據(jù)處理與分析1.以彈力F為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,建立坐標系,選取合適的單位,用描點法作圖。用平滑的曲線連接各點,得到彈力F隨彈簧伸長量x變化的關(guān)系圖像。2.以彈簧的伸長量為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù)等。3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。六、誤差分析1.鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確以及畫圖時描點連線不準確等都會引起實驗誤差。2.懸掛鉤碼數(shù)量過多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出了其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),圖像發(fā)生彎曲。3.水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,使圖像橫軸截距不為零。易錯辨析·判一判(1)彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度。(

√

)(2)用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)。(

√

)(3)用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量。(

×

)(4)用幾個不同的彈簧分別測出幾組拉力與伸長量,得出的拉力與伸長量之比相等。(

×

)(5)測量彈簧原長時應(yīng)將彈簧平放于水平桌面上。(

×

)(6)彈簧豎直懸掛于鐵架臺的橫梁上,刻度尺應(yīng)豎直固定在彈簧附近。

(

√

)研考點精準突破考點一教材原型實驗典例1.在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系的實驗中,將彈簧測力計豎直懸掛,待彈簧測力計靜止時,長度記為L0,彈簧測力計下方掛上砝碼盤時,長度記為Lp,在砝碼盤中每次增加10g砝碼,彈簧長度依次記為L1~L7,記錄數(shù)據(jù)見下表。代表符號L0LpL1L2L3L4L5L6L7數(shù)值/cm25.3527.3529.3531.3033.4035.3537.4039.3041.41(1)甲同學用圖像法處理實驗數(shù)據(jù),他根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖像如圖所示,縱軸是砝碼的質(zhì)量,則橫軸應(yīng)是彈簧長度與

(選填“L0”或“Lp”)的差值。由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為

N/m,通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為

g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,重力加速度取9.8m/s2)。

(2)乙同學用公式法處理實驗數(shù)據(jù),即用ΔF=kΔL計算k,為充分利用每一組數(shù)據(jù),該同學將所測得的數(shù)據(jù)按如下方法逐一求差(逐差法),分別計算出四個差值:ΔL1=L4-Lp=8.00cm;ΔL2=L5-L1=8.05cm;ΔL3=L6-L2=8.00cm;ΔL4=

=

cm。

根據(jù)以上差值,可以求出每增加m=10g砝碼彈簧的平均伸長量ΔL;再由ΔF=kΔL計算出k,請用Lp、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和mg表示出k=

。解析

(1)充分利用測量數(shù)據(jù)和圖像,根據(jù)公式ΔF=kΔx可知橫軸是彈簧的長度與Lp的差值;解析

(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧的長度。(2)根據(jù)實驗原理,實驗中需要測量的物理量是彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量。(3)取圖像中(0.5,0)和(3.5,6)兩個點,由F=kx,由于彈簧自身存在重力,使得彈簧不加外力時就有形變量。

考點二實驗的改進與創(chuàng)新實驗思路的創(chuàng)新圖甲:彈簧水平放置,消除彈簧自身重力對實驗的影響。圖乙:1.改變彈簧的固定方式,研究彈簧彈力大小與壓縮量之間的大小關(guān)系。2.物體C下移的距離x為彈簧壓縮量的變化量,即F=m0g+k(x0-x)=m0g+kx0-kx,故F-x圖線(圖丙)斜率的大小為彈簧的勁度系數(shù)實驗器材的創(chuàng)新用力傳感器顯示彈簧拉力的大小實驗過程的創(chuàng)新

1.將彈簧固定在透明有機玻璃管內(nèi),用金屬球代替鉤碼對彈簧產(chǎn)生壓力。2.采用逐差法計算彈簧壓縮量典例2.(2021廣東卷)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)。緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進,每滑進一個鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)n和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量,進而計算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09(1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)計算彈簧的壓縮量:ΔL1=6.03cm,ΔL2=6.08cm,(3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80m/s2,該彈簧的勁度系數(shù)為

N/m(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。

答案

(1)6.04

6.05

(2)3

(3)48.6解析

(1)根據(jù)題意ΔL3=L6-L3=6.04

cm;

對點演練2.某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系。實驗裝置如圖甲所示,一均勻長彈簧豎直懸掛,7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點0、10、20、30、40、50、60圈處;通過旁邊豎直放置的刻度尺,可以讀出指針的位置,P0指在0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時,各指針的位置記為x0;掛有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,各指針的位置記為x。測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù),重力加速度取9.80m/s2)。已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個彈簧的自由長度為11.88cm。甲(1)將表中數(shù)據(jù)補充完整:①

,②

。

(3)圖乙中畫出