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《2020版高考物理一轮复习专题2.4实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系(精讲)(含解析)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、实验二 探究弹力和弹簧伸长量的关系1.了解弹力与弹簧伸长量的定量关系。2.会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。【实验目的】1.探究弹力和弹簧伸长的定量关系。2.学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系。【实验原理】1.弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到的外力有关.沿着弹簧的方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。2.用悬挂法测量弹簧的弹力,运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。3.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
2、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.即寻求F=kx的关系。【实验器材】弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。【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2-4-1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度并测出钩码的重力,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。【实验数据的处理】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
3、出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。2.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。3.得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。【实验误差的来源】1.弹簧长度的测量误差。2.描点画线的作图误差。【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尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确。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
4、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。【方法规律】(1)列表法将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的。(2)图象法以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线,是一条过坐标原点的直线。(3)函数法弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。2.注意事项(1)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹
5、簧的弹性限度。(2)尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点。(4)统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。3.误差分析(1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差。考点一实验原理与操作【典例1】(2019·河北邢台一中模拟)如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究
6、在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系.(1)为完成实验,还需要的实验器材有:。(2)实验中需要测量的物理量有:。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为N/m.图线不过原点的原因是由于。(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来。B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0。C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺。D.依次在弹簧下端挂上1个、2个
7、、3个、4个……钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码。E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式.首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数。F.解释函数表达式中常数的物理意义。G.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:.【解析】(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量.(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度).(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点,代入F
8、=kx可得k=200N/m,由于弹簧自身存在重力,使得弹簧不加外力时就有形变量.(4)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG.【答案】(1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度) (3)200 弹簧自身存在重力 (4)CBDAEFG【变式1】(2019·山东潍坊一中模拟)(1)在“探究弹力和弹
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