第一章_實驗二_探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系.ppt

1、【實驗?zāi)康摹?1.探究彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系. 2.學(xué)會利用圖象法處理實驗數(shù)據(jù). 【實驗原理】 1.如圖1所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長,平 衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等.,實驗二 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系,要點歸納,圖1 2.彈簧的長度可用刻度尺直接測出,伸長量可以由拉 長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算.這樣就可 以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了. 【實驗器材】 鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、 坐標紙、鉛筆.,【實驗步驟】 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2所示,在彈簧下

2、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(shè)計的表 格中. 圖2,3.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.,4.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變化的圖象。 5.以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)， 嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù)。 6.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。,【誤差分析】 1.彈簧拉力大小

3、的不穩(wěn)定會造成誤差.因此,使彈簧 的懸掛端固定,另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)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.盡量精確地測量彈簧的長度，也是減小實驗誤差 的基本方法. 3.描點、作圖不準確.,【注意事項】 1.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. 2.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. 3.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,以免增大誤差. 4.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條曲線上, 但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè). 5.記錄數(shù)據(jù)時要注意

4、彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系 及單位.,【例1】某同學(xué)用如圖3所示裝置做探究 彈力和彈簧伸長關(guān)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 圖3 得數(shù)據(jù)列表如下:(重力加速度g=9.8 m/s2),典例剖析,(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù),在圖4坐標紙上作出彈簧指針所指 的標尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線. 圖4 (2)根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷,在_ 范圍內(nèi),彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡克定律.這種 規(guī)格彈簧勁度系數(shù)為_N/m.,思路點撥 (1)在坐標紙上描點，然后根據(jù)各點的分 布與走向,用平滑的曲線(或直線)連接

5、各點. (2)滿足胡克定律的應(yīng)是圖線中的直線部分. 解析 (1)如圖所示,(2)根據(jù)圖線可以看出，當(dāng)m5.00102 g=0.5 kg 時,標尺刻度x與砝碼質(zhì)量m成一次函數(shù)關(guān)系,所以當(dāng) F=mg4.9 N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡 克定律.圖線斜率的大小在數(shù)值上等于彈簧的勁度系 數(shù)k,則k=25 N/m. 答案 (1)見解析 (2)04.9 N 25,【例2】用一個支架、一根彈簧、一把直尺和一個已 知質(zhì)量的鉤碼,來測定某個不太重的物體有多重,該 怎么做? 解析 (1)將彈簧上端固定在支架上,下端掛上鉤碼 (質(zhì)量已知為m),測出彈簧伸長x. (2)將鉤碼取下?lián)Q上待測物體,測出彈簧伸長x.

6、 (3)待測物體的重力 答案 見解析,【例3】用金屬制成的線材(如鋼絲、鋼筋)受到拉力 會伸長,十七世紀英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn):金屬絲 或金屬桿在彈性限度內(nèi)它的伸長與拉力成正比, 這就是著名的胡克定律.這一發(fā)現(xiàn)為后人對材料 的研究奠定了重要基礎(chǔ).現(xiàn)有一根用新材料制成 的金屬桿,長為4 m,橫截面積為0.8 cm2,設(shè)計要 求它受到拉力后的伸長不超過原長的1/1 000,問 最大拉力多大?由于這一拉力很大,桿又較長,直 接測試有困難,選用同種材料制成樣品進行測試, 通過測試取得數(shù)據(jù)如下:,創(chuàng)新實驗,(1)測得結(jié)果表明線材受拉力作用后,其伸長與材料的 長度成_,與材料的截面積成_. (2)上述金屬細

7、桿承受的最大拉力為_N. 解析 (1)由題中列表可看出,材料樣品的伸長量與材 料的長度成正比,與材料的截面積成反比.,伸 長,拉 力,截面積,(2)由表可看出,材料一定長,一定截面積時，拉力與 伸長量的比例為定值. 設(shè)1 m長,截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為k1 2 m長,截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為k2 1 m長,截面積為0.10 cm2的比例系數(shù)為k3,由k1、k2、k3的值可得,比例系數(shù)k與長度L成反比, 與截面積S成正比,故 設(shè)4 m長,截面積為0.8 cm2的比例系數(shù)為k0 解得k0=2.5106 N/m 又金屬細桿最大伸長量為 所以金屬細桿承受的最大拉力為 Fm=k0

8、 xm=2.5106410-3 N=104 N 答案 (1)正比 反比 (2)104,1.如圖5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(dāng)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(guān)系圖象(如圖乙).則下列判斷正確的是 ( ) 圖5,素能提升,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(yīng)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 解析 由乙圖可知F=kx,即彈簧的彈力和彈簧的形變 量成正比,不與彈簧長度成正比,A錯誤.由F=kx可 知,B說法正確;由 C正確

9、;F-x圖線的 斜率對應(yīng)彈簧的勁度系數(shù),而x0和x0時的斜率相同, 故D正確. 答案 BCD,2.某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”實 驗中,他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長,用直 尺測出彈簧的原長l0,再把彈簧豎直懸掛起來，掛上 鉤碼后測出彈簧伸長后的長度l,把l-l0作為彈簧的伸 長量x.這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫 出的圖線可能是下圖中的哪一個 ( ) 解析 由于考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼 時,彈簧的伸長量x0,所以選C.,C,3.做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗步驟 如下： 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)對應(yīng)的點,并

10、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(也可在橫梁的另一側(cè)掛上 一定的配重),并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧 附近豎直固定一刻度尺； D.依次在彈簧下端掛上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(yīng)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,寫出彈力與伸長量的關(guān)系 式，首先嘗試寫成一次函數(shù),如果不行則考慮二次 函數(shù)； F.解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義； G.整理儀器. 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來: _. 解析 根據(jù)實驗的實驗操作過程應(yīng)先安裝儀器,再掛 鉤碼然后記錄數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù)

11、,最后整理即可,排列先 后順序為：CBDAEFG.,CBDAEFG,4.某同學(xué)在研究學(xué)習(xí)中,利用所學(xué)的知識解決了如下 問題：一輕彈簧豎直懸掛在某一深度為h=25.0 cm, 且開口向下的小筒中(沒有外力作用時彈簧的下部分 位于筒內(nèi),但測力計可以與彈簧的下端接觸),如圖6 甲所示.如果本實驗的長度測量工具只能測出筒的下 端彈簧的長度L.現(xiàn)要測出彈簧的原長L0和彈簧的勁 度系數(shù),該同學(xué)通過改變L而測出對應(yīng)的彈力F,作出 F-L變化的圖線如圖6乙所示,則彈簧的勁度系數(shù)為 _N/m,彈簧的原長L0=_cm.,圖6 解析 根據(jù)胡克定律F=k(h+L-L0)=kL+k(h-L0),從圖 中知道當(dāng)L=0時,

12、F=10 N；當(dāng)L=10 cm時,F=20 N； 將其代入方程聯(lián)立得k=100 N/m,L0=15.0 cm. 答案 100 15.0,5.用納米技術(shù)處理過的材料叫納米材料,其性質(zhì)與處 理前相比會發(fā)生很多變化.如機械性能會成倍地增 加,對光的反射能力會變得很低，熔點會大大地降 低,甚至有特殊的磁性質(zhì).現(xiàn)有一納米合金絲,欲測 出其伸長量x與所受到的拉力F、長度L、截面直徑 D的關(guān)系. (1)測量上述物理量需要的主要器材是:_、 _、_等. (2)若實驗中測量的數(shù)據(jù)如下表,根據(jù)這些數(shù)據(jù)請寫 出x與F、L、D間的關(guān)系式：x=_.(若用到 比例系數(shù),可用k表示),(3)在研究并得到上述關(guān)系的過程中,主要運用的科學(xué) 研究方法是_(只需寫出一種). (4)若有一根合金絲的長度為20 cm,截面直徑為 0.200 mm,使用中要求其伸長量不能超過原長的百分 之