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2013届高考物理一轮复习第二章 相互作用 实验二 探究弹力与弹簧伸长的关系 课件

时间:2013-05-07


实验二 探究弹力与弹簧伸长的关系

一、实验目的 1.探究弹力和弹簧伸长量之间的关系. 2.学会利用图象法处理实验数据. 二、实验原理 1.如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧

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.弹簧的长度可用刻度尺直接测出,伸长 量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度 进行计算.这样

就可以研究弹簧的弹力和弹 簧伸长量之间的定量关系了.

三、实验器材

铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂
线、铅笔. 四、实验步骤 1.如图所示,将铁架台放在桌面上(固定好),将弹簧的

一端固定于铁架台的横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺(
最小分度为1 mm)固定于铁架台上,并用重垂线检查刻 度尺是否竖直,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,将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,在平衡时测量弹 簧的总长并测出钩码的重力,填写在记录表格里.

3.改变所挂钩码的质量,重复前面的实验过程多次. 4.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.按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条 平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好都在这条曲线上,但要注 意使曲线两侧的点数大致均匀.

5.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数.首先尝试一
次函数,如果不行则考虑二次函数. 6.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.

五、注意事项 1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度. 要注意观察,适可而止. 2.每次所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标系上描的点适当 稀一些,这样作出的图线精确. 3.测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量, 以免增大误差. 4.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 要使各点均匀分布在曲线的两侧. 5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位. 六、误差分析 1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差. 2.弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力的影响. 3.为了减小误差,要尽量多测几组数据. 七、实验改进 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 簧长度的关系图线.这样可避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差.

实验中应注意的问题 [例1] (1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”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“探究弹力和弹簧伸长的关系”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,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可 能是如图所示图象中的( )

[解析] 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)本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,以改变对弹簧的拉力来探索弹力与弹簧伸长的关 系.所以选A、B. (2)考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x>0, 所以选C. [答案] (1)AB (2)C

实验数据的处理 [例2] 某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系 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,然后在弹簧下面挂上钩码,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g= 9.8 m/s2)

(1)根据所测数据,在所给的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x

和钩码质量m的关系曲线.

(2)根据所测数据和关系曲线可以判断,在________N范围内弹力大小和 弹簧伸长关系满足胡克规律.这种规格弹簧的劲度系数为 ________N/m.

[解析] (1)根据实验所测数据在坐标纸上进行描点,所作的图线 如图所示.

(2)根据所测数据和关系曲线可以判断,在 0~4.9 N 范围内,弹 力大小和弹簧伸长关系满足胡克定律.这种规格弹簧的劲度系数为 k ΔF 4.9 = = N/m≈25 N/m. Δx 0.35-0.15

[答案] (1)图象见解析 (2)0~4.9 25

[例 3] 橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量 x 与弹力 F 成正比,即 F=kx,k 的值与橡皮筋未受到拉力时的长度 L、横截面积 S S 有关.理论和实践都表明 k=Y ,其中 Y 是一个由材料决定的常数, l 材料力学中称之为杨氏模量. (1)在国际单位制中,杨氏模量 Y 的单位应该是( ) A.N B.m C.N/m D.Pa (2)有一段横截面为圆形的橡皮筋,应用如图所示的实验装置,可 以测量出它的杨氏模量 Y 的值. 首先利用测量工具 a 测得橡皮筋的长度 L=20.00 cm,利用测量工 具 b 测得橡皮筋未受到拉力时的直径 D=4.000 mm,那么测量工具 a 和 b 应分别为________、________.

(3)用如图(a)所示的装置就可以测量出这种橡皮筋的Y值,下表为橡皮 筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录,请在图(b)中作出F-x图象.

(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为________(保留一位有效数字).

[解析]

在国际单位制中 k、S、l 的单位分别是 N/m、m2、m,代

S 入 k=Y 进行单位计算得 Y 的单位为 N/m2, Pa.由于橡皮筋的长度的 即 l 测量结果准确到 1 mm,所以其测量工具为毫米刻度尺,而直径的测量 结果准确到 0.01 mm,估读到 0.001 mm,所以其测量工具为螺旋测微 器.根据表格的数据,作出 F-x 图象,由图象求出 k 值,将有关数据 S 代入公式 k=Y ,求出 Y 值. l [答案] (1)D (2)毫米刻度尺 螺旋测微器

(3)如图所示

(4)5×106 Pa


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