資源簡介

(共31張PPT)
實驗二
探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系
1.實驗目的
(1)探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系.
(2)學會利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，探究物理規(guī)律.
2.實驗原理
(1)如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等.
(2)用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量 x，建立直
角坐標系，以縱坐標表示彈力大小 F，以橫坐標表示彈簧的伸長
量 x，在坐標系中描出實驗所測得的各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應(yīng)的點，用
平滑的直線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小
與彈簧伸長量間的關(guān)系.
3.實驗器材
鐵架臺、毫米刻度尺、彈簧、鉤碼若干、三角板、鉛筆、重
垂線、坐標紙等.
4.實驗步驟
(1)安裝器材：如圖所示，將鐵架臺放在桌面上(固
定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在靠
近彈簧處將刻度尺(最小分度為 1 mm)固定于鐵架臺
上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直.
(2)記原長：記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度l0，即彈簧的原長.
(3)測F、x：在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時測出彈簧的長度l，計算出彈簧的伸長量x和所受的外力F(等于所掛鉤碼的重力).
(4)重復：改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復上述實驗步驟(3)，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)，將所測數(shù)據(jù)填寫在表格中.
5.數(shù)據(jù)處理
(1)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 變化的圖線.
(2)以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù)表達式，
并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義.
6.注意事項
(1)使用的鉤碼不要過重，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)量差適當大一些，從而使坐標點的間距盡可能大，這樣作出的圖線準確度更高一些.
(3)測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(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直線上，但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè).
(5)記錄實驗數(shù)據(jù)時，要注意彈力、彈簧的原長l0、總長l及彈簧伸長量x的對應(yīng)關(guān)系及單位.
(6)坐標軸的標度要適中.
7.誤差分析
(1)實驗時，鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差.
(2)畫圖時，描點及連線不準確也會帶來誤差.
考點 實驗原理與操作
【典題1】(2024 年廣東深圳質(zhì)檢)某同學想設(shè)計一個可以測量
物體重量的臺秤，其結(jié)構(gòu)原理如圖甲所示，輕質(zhì)彈簧下端固定于
鐵架臺，彈簧上端置一托盤(g 取 9.8 m/s2)
砝碼質(zhì)量/g 50 150 250
彈簧長度/cm 8.50 6.54 4.58
甲
乙
(1)該同學在托盤中依次增加砝碼，測得相應(yīng)的彈簧長度，部
分數(shù)據(jù)如上表格，由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù) k＝_______N/m(結(jié)果保留
2 位有效數(shù)字).
(2)該同學通過換算，將質(zhì)量數(shù)據(jù)標在刻度尺的不同位置處，
一個簡易臺秤就制作成功了.請問 100 g 應(yīng)該標在刻度尺______cm
(結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)的位置.
(3)使用過程中，該同學更換了一個輕一點的托盤，更換托盤
后，再用上述方法測量，得到彈簧的勁度系數(shù)_______(填“變化”
或“不變化”)，刻度尺不同位置標的質(zhì)量數(shù)據(jù)________(填“需
要”或“不需要”)改變.
(2)將 m1＝100 g 和表中一組數(shù)據(jù) m2＝150 g，l2＝6.54 cm代入
(m2－m1)g＝k(l1－l2)，解得 l1＝7.52 cm，代入不同的數(shù)據(jù)， l1 均
為 7.52 cm.
(3)更換更輕的托盤后，m0 改變，由(m2－m1)g＝k(l1－l2)，可知
勁度系數(shù)k與m0無關(guān)，所以更換更輕的托盤后，得到的勁度系數(shù) k不
變化.更換更輕的托盤后，m0改變，k不變，由(m0＋m)g＝k(l0－l)，不
同的l對應(yīng)的m值與m0有關(guān)，刻度尺不同位置標的質(zhì)量數(shù)據(jù)需要改變.
答案：(1)50　(2)7.52　(3)不變化　需要
創(chuàng)新角度 實驗裝置圖 創(chuàng)新解讀
實驗原
理創(chuàng)新 1.彈簧水平放置，消除彈簧自身
重力對實驗的影響.
2.改變彈簧的固定方式，研究彈
簧彈力大小與壓縮量之間的大小
關(guān)系
創(chuàng)新角度 實驗裝置圖 創(chuàng)新解讀
實驗器
材創(chuàng)新 1.用橡皮筋代替彈簧做實驗.
2.拉力傳感器顯示的拉力 F 與橡
皮筋的彈力并不相等，僅為橡皮
筋彈力在水平方向的分力
(續(xù)表)
創(chuàng)新角度 實驗裝置圖 創(chuàng)新解讀
實驗過
程創(chuàng)新 1.利用固定在彈簧上的 7 個指針，
探究彈簧的勁度系數(shù) k 與彈簧長
度的關(guān)系.
2.利用“化曲為直”的思想，將
探究勁度系數(shù) k 與彈簧圈數(shù)的關(guān)
系，轉(zhuǎn)化為探究 與 n 的關(guān)系
(續(xù)表)
【典題 2】(2022年湖南卷)小圓同學用橡皮筋、同種一元硬
幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置，測
量冰墩墩玩具的質(zhì)量.主要實驗步驟如下：
次序 1 2 3 4 5
硬幣數(shù)量 n/枚 5 10 15 20 25
長度 l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56
(1)查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為 6.05 g.
(2)將硬幣以 5 枚為一組逐次加入塑料袋，測量每次穩(wěn)定后橡
皮筋的長度 l，記錄數(shù)據(jù)如下表：
(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖甲上描點，繪制圖線.
甲
乙
(4)取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮
筋長度的示數(shù)如圖乙所示，此時橡皮筋的長度為________cm.
(5)由上述數(shù)據(jù)計算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為________g(結(jié)果保
留 3 位有效數(shù)字).
解析：(3)根據(jù)表格標點連線如圖 所示.
(4)由圖可知刻度尺的分度值為 1 mm，故讀數(shù) l＝15.35 cm.
(5)設(shè)橡皮筋的勁度系數(shù)為 k，原長為 x0，則 n1mg＝k(x1－x0)，
n2mg＝k(x2－x0)
則橡皮筋的勁度系數(shù)為 k＝
(n2－n1)mg
x2－x1
從作的 l-n 圖線讀取數(shù)據(jù)則可得
×6.05×(15.35－9.05) g≈127 g.
x0＝
n2x1－n1x2
n2－n1
＝9.05 cm
設(shè)冰墩墩的質(zhì)量為 m1，則有 m1g＝k(l－x0)
可得 m1＝
10
3
答案：(3)如圖所示. (4)15.35 (5)127
【遷移拓展】(2024 年廣東汕頭一模)有一款稱為“一抽到底”
的紙巾盒改進裝置，如圖甲所示，該裝置由兩塊擋板和彈簧組成，
彈簧連接兩塊擋板.該裝置放在紙巾盒底部，可將整包紙巾頂起，
以保持最上面的紙巾能夠在紙巾盒取用口.科技實踐小組的同學為
了研究該裝置中彈簧的特征，做了以下實驗.
甲 乙
實驗次序 1 2 3 4 5
砝碼質(zhì)量 m/g 10 20 30 40 50
彈簧長度 l/cm 4.51 4.03 3.48 3.27 2.46
彈簧形變量Δl/cm 0.99 1.47 2.02 2.23 3.04
科技實踐小組設(shè)計如圖乙所示，測量出數(shù)據(jù)記錄于下表格：
(1)依據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出 m-Δl 圖像如圖丙所示，觀察圖像可
發(fā)現(xiàn)，其中第____次數(shù)據(jù)誤差較大，應(yīng)該剔除.
丙
(2)根據(jù)圖像可得勁度系數(shù) k＝______N/m(結(jié)果保留兩位有效
數(shù)字，g 取 10 N/kg).
(3)在使用過程中，盒子里的紙巾越來越少，彈簧的彈性勢能
________(填“不變”“逐漸變大”或“逐漸變小”).
解析：(1)由圖可知，第4次的描點不在線上，出現(xiàn)明顯偏差，
故第 4 次數(shù)據(jù)誤差較大，應(yīng)該剔除.(2)根據(jù)胡克定律和二力平衡
解得 k＝20 N/m.(3)在使用過程中，盒子里的紙巾越來越少，紙巾
盒的重力減少，彈簧的型變量減少，故彈簧的彈性勢能逐漸變小.
答案：(1)4 (2)20 (3)逐漸變小
規(guī)律總結(jié)
在數(shù)據(jù)處理時，做彈力與伸長量的關(guān)系圖像，
圖像的斜率表示勁度系數(shù)，也可做出其他的圖像，根據(jù)物理
規(guī)律寫出兩物理量的函數(shù)表達式，理解好圖像斜率的物理意義.

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