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【优化探究】2014年新课标高考总复习人教物理必修1﹝24份,课件课时作业﹞1-2-4﹝一﹞
一、实验目的
1.探究弹力与弹簧伸长量的定量关系.
2.学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据.
二、实验原理
1.如图所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.;
2.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了.;三、实验器材
铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔.
四、实验步骤
1.将弹簧挂在支架上,测量弹簧的原长l0.
2.在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l.
3.求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力).
4.改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在下列表格中
记录表:弹簧原长l0=________cm;五、数据处理
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,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.
2.以弹簧的伸长量x为自变量,写出曲线所代表的函数.首先尝试写成一次函数,如果不行则考虑二次函数.
3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.
六、误差分析
1.弹簧拉力大小的不稳定易造成误差,使弹簧的悬挂端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力,可以提高实验的准确度.
2.弹簧长度的测量是本实验的主要误差来源,测量时尽量精确地测量弹簧的长度.
3.在Fx图象上描点、作图不准确.;七、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.
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.测量弹簧的原长时要让它自然下垂.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,以减小误差.
4.测量有关长度时,应区别弹簧原长l0、实际总长l及伸长量x三者之间的不同,明确三者之间的关系.
5.建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的量值要适当,不可过大,也不可过小.;
6.描点画线时,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.描出的线不应是折线,而应是平滑的曲线.
7.记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位.;类型一 实验中应注意的问题
【例1】 (1)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,以下说法正确的是( )
A.弹簧被拉伸时,不能超出它的弹性限度
B.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D.用几个不同的弹簧,分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等;(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验,他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用直尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来,挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x,这样操作,由于弹簧自身重力的影响,最后画出的图线可能是图中的( )
【解析】 (1)本实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象,在弹性限度内通过增减钩码的数目,以改变对弹簧的拉力,来探索弹力与弹簧伸长的关系,所以选A、B.
(2)考虑弹簧自身重力的影响,当不挂钩码时,弹簧的伸长量x0,所以选C.
【答案】 (1)AB (2)C;类型二 实验数据的处理
【例2】 (2011年高考安徽理综)为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码.实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出.(g=9.8 m/s2)
(1)作出ml的关系图线;
(2)弹簧的劲度系数为________N/m.;【解析】 (1)画一条直线尽量通过较多的点,如图所示.;类型三 实验创新设计
【例3】 橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量x与弹力F成正比,即F=kx,k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度l、横截面积S有关.理论和实践都表明k=Y,其中Y是一个由材料决定的常数,材料力学中称之为杨氏模量.
(1)在国际单位制中,杨氏模量Y的单位应该是( )
A.N B.m
C.N/m D.Pa
(2)有一段横截面为圆形的橡皮筋,应用如图所示的实验装置,可以测量出它的杨氏模量Y的值.;首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度l=20.00 cm,利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000 mm,那么测量工具a和b应分别为________、________.
(3)用如图(a)所示的装置就可以测量出这种橡皮筋的Y值,下表为橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录,请在图(b)中做出Fx图象.
(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为_______
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