第10讲 探究弹簧弹力与形变量的关系（课件）——备战2024年高考物理一轮复习全面攻略

主讲老师：陈庆威 第10讲：探究弹簧 弹力与形变量的关系 目录 CONTENT 实验基本原理 实验创新 实验基本原理 第一部分 实验原理 01. 原理 1.如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小　　　. 2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的　　　　，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可得出弹力大小与形变量间的关系. 相等 伸长量x 器材 铁架台、　　　、刻度尺、　　　　　、坐标纸等. 实验器材 02. 弹簧 钩码若干 实验步骤 03. 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.如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出 此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量 x1，将这些数据填入自己设计的表格中. 3.改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5. 实验步骤 03. 列表 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F 0 l0       1 l1 x1＝l1－l0 m1 F1 2 l2 x2＝l2－l0 m2 F2 3 l3 x3＝l3－l0 m3 F3 … … … … … 数据处理 04. 数据 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.用平滑的曲线(包括直线)连接各点，得出弹力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，写出图线所代表的函数表达式.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数. 3.得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义. 注意事项 05. 注意 1.不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的弹性限度. 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：本实验是探究型实验，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. 误差分析 06. 误差 1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。 2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。 3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。 学以致用 07. 例题1 一兴趣小组想测量某根弹性绳的劲度系数(弹性绳的弹力与形变量的关系遵守胡克定律).他们设计了如图甲所示实验：弹性绳上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，弹性绳下端通过细绳连接钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应弹性绳下端P的刻度值x，如表所示： 钩码质量m/g 20 40 60 80 100 120 P点刻度值x/cm 5.53 5.92 6.30 6.67 7.02 7.40 学以致用 07. 例题1 钩码质量m/g 20 40 60 80 100 120 P点刻度值x/cm 5.53 5.92 6.30 6.67 7.02 7.40 (1)请在图乙中，根据表中所给数据，充分利用坐标纸，作出m－x图像； 学以致用 07. 例题1 (2)请根据图像数据确定：弹性绳原长约为_____________________ cm，弹性绳的劲度系数约为____________________ N/m(重力加速度g取10 m/s2，结果均保留三位有效数字)； 5.15(5.10～5.25均可) 53.3(52.2～55.8均可) 根据图像数据确定：弹性绳原长约为5.15 cm，弹性绳的劲度系数约为k＝ 　　　　 ≈53.3 N/m 学以致用 07. 例题1 (3)若实验中刻度尺的零刻度略高于弹性绳上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将__________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)；若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则由实验数据得到的劲度系数将_______(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”). 不受影响 偏小 解析 若实验中刻度尺的零刻度略高于弹性绳上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将不受影响；若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则测得的弹簧伸长量偏大，则由实验数据得到的劲度系数将偏小. 必刷真题