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(biāo)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(biāo)， 以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)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?biāo)傅臉?biāo)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?biāo)傅臉?biāo)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(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)?的標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(jì)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(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),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