2019版高考物理一輪復習 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系課件.ppt

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實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系 1 實驗目的 1 探究彈力與彈簧的伸長量的定量關系 2 學會利用圖象法處理實驗數據探究物理規(guī)律 2 實驗原理 彈簧產生的彈力 1 如圖S2 1所示 彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長 平衡時 與鉤碼的重力 大小相等 圖S2 1 2 用刻度尺測出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長量x 建立坐標系 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 x F 對應的點 用平滑的曲線連接起來 根據實驗所得的圖象 就可探究彈力大小與伸長量之間的關系 3 實驗器材 刻度尺 輕質彈簧 一根 鉤碼 一盒 鐵架臺 重垂線 坐標紙 三角板等 4 實驗步驟 不掛鉤碼 1 如圖S2 2所示 將鐵架臺放在桌面上 固定好 將彈簧的一端固定在鐵架臺的橫梁上 在接近彈簧處將刻度尺 最小分度為1mm 固定于鐵架臺上 并檢查刻度尺是否豎直 圖S2 2 2 記下彈簧下端 所對應的刻度L0 3 在彈簧下端掛上一個鉤碼 記下靜止時彈簧所對應的刻 度L1 4 用上面方法 記下彈簧下端掛2個 3個 4個 鉤碼時 彈簧下端所對應的刻度L2 L3 L4 并將所得數據記錄在表格中 5 用xn Ln L0計算出彈簧掛1個 2個 3個 鉤碼時彈簧的伸長量 并根據當地重力加速度值g 計算出所掛鉤碼的總重力 這個總重力就等于彈簧彈力的大小 將所得數據填入表格 5 數據處理 1 以 為縱坐標 以 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 彈力F 彈簧的伸長量x 2 以彈簧的伸長量為自變量 寫出圖象所代表的函數 首先嘗試一次函數 如果不行則考慮二次函數 3 得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系 解釋函數表達式中常數的物理意義 6 誤差分析 1 本實驗的誤差來源之一是由彈簧拉力大小的不穩(wěn)定性造成的 因此 使彈簧的懸掛端固定 另一端通過懸掛鉤碼來充當對彈簧的拉力 可以提高實驗的準確度 2 彈簧長度的測量是本實驗的主要誤差來源 所以 應盡 量精確地測量彈簧的長度 3 在F x圖象上描點 作圖不準確 7 注意事項 1 每次增減鉤碼測量有關長度時 均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處于靜止狀態(tài) 否則 彈簧彈力將可能與鉤碼重力不相等 2 彈簧下端增加鉤碼時 注意不要超過彈簧的彈性限度 3 測量有關長度時 應區(qū)別彈簧原長L0 實際總長L及伸 長量x三者之間的不同 明確三者之間的關系 4 建立平面直角坐標系時 兩軸上單位長度所代表的量值 要適當 不可過大 也不可過小 5 描線的原則 盡量使各點落在描出的線上 少數點分布 于線兩側 描出的線是平滑的曲線 6 記錄數據時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單 位 考點1 對實驗原理和誤差分析的考查 典題1 2015年福建卷 某同學做 探究彈力和彈簧伸長量的關系 的實驗 甲 丙 乙圖S2 3 1 如圖S2 3甲所示是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度 其示數為7 73cm 圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度 此時彈簧的伸長量 l為 cm 2 本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力 關于此操作 下列選項中規(guī)范的做法是 填選項前的字母 A 逐一增掛鉤碼 記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺 刻度和對應的鉤碼總重 B 隨意增減鉤碼 記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和 對應的鉤碼總重 3 如圖丙所示是該同學描繪的彈簧的伸長量 l與彈力F的關系圖線 圖線的AB段明顯偏離直線OA 造成這種現象的主要原因是 解析 1 彈簧伸長后的總長度為14 66cm 則伸長量 l 14 66cm 7 73cm 6 93cm 2 逐一增掛鉤碼 便于有規(guī)律地描點作圖 也可避免因隨 意增加鉤碼過多超過彈簧的彈性限度而損壞彈簧 3 AB段明顯偏離直線OA 伸長量 l不再與彈力F成正比 是超出彈簧的彈性限度造成的 答案 1 6 93 2 A 3 彈簧受到的拉力超過了其彈性限度 考點2 實驗數據處理 典題2 某學校物理學習小組在做 探究彈力和彈簧伸長量的關系 的實驗 1 如圖S2 4甲所示 將彈簧的上端O點固定懸吊在鐵架臺上 旁邊放置一刻度尺 刻度尺的零刻度線跟O點對齊 在彈簧的下部A處做一標記 如固定一個指針 在彈簧下端的掛鉤上掛上鉤碼 每個鉤碼的質量都是50g 指針在刻度尺上指示的刻度為x 逐個增加所掛鉤碼的個數 刻度x隨掛鉤上的鉤碼的重力F的不同而發(fā)生變化 將實驗測得的相應F x各點描 繪在圖乙中 請在圖乙中描繪出x隨F變化的圖象 由圖象得出彈簧的勁度系數kA N m 計算結果保留2位有效數字 此彈簧的彈力大小F彈跟彈簧伸長量 x的關系是 甲 乙 圖S2 4 2 如果將指針固定在A點的下方P處 再作出x隨F變化的圖象 得出彈簧的勁度系數與kA相比 可能是 A 大于kAC 小于kA B 等于kAD 無法確定 3 如果將指針固定在A點的上方Q處 再作出x隨F變化的圖象 得出彈簧的勁度系數與kA相比 可能是 A 大于kAC 小于kA B 等于kAD 無法確定 答案 1 如圖D13所示 32 F彈 32 x 2 B 3 A 圖D13 考向1 實驗原理的創(chuàng)新 重物的重力等于彈簧的彈力時 為消除誤差的影響 需要將彈簧豎直懸掛時的長度作為原長 同理如果只是將砝碼的重力等于彈簧的彈力時 為消除誤差的影響 需要將彈簧掛砝碼盤時的長度作為原長 典題3 某同學探究 彈力與彈簧伸長量的關系 1 將彈簧懸掛在鐵架臺上 將刻度尺固定在彈簧一側 彈簧軸線和刻度尺都應在 填 水平 或 豎直 方向上 2 彈簧自然懸掛 待彈簧 時 長度記為L0 彈簧下端掛上砝碼盤時 長度記為Lx 在砝碼盤中每次增加10g砝碼 彈簧長度依次記為L1至L6 數據如下表所示 表中有一個數值記錄不規(guī)范 代表符號為 由表可 知所用刻度尺的分度值為 3 如圖S2 5所示是該同學根據表中數據所作的圖 縱軸是砝碼的質量 橫軸是彈簧長度與 填 L0 或 Lx 的差值 圖S2 5 4 由圖可知彈簧的勁度系數為 N m 通過圖和表可知砝碼盤的質量為 g 計算結果保留2位有效數字 重力加速度取9 8m s2 答案 1 豎直 2 靜止 L31mm 3 Lx 4 4 910 考向2 數據處理的創(chuàng)新 在數據處理時 原實驗是做彈力與伸長量的關系圖象 圖象的斜率表示勁度系數 也可做出其他的圖象 根據物理規(guī)律寫出兩物理量的函數表達式 理解好圖象斜率的物理意義 典題4 2014年新課標 卷 某實驗小組探究彈簧的勁度系數k與其長度 圈數 的關系 實驗裝置如圖S2 6所示 一均勻長彈簧豎直懸掛 7個指針P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6分別固定在彈簧上距懸點0 10 20 30 40 50 60圈處 通過旁邊豎直放置的刻度尺 可以讀出指針的位置 P0指向0刻度 設彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結果及部分計算結果如下表所示 n為彈簧的圈數 重力加速度取9 80m s2 已知實驗所用彈簧 總圈數為60 整個彈簧的自由長度為11 88cm 圖S2 6 1 將表中數據補充完整 圖S2 7 3 圖S2 7中畫出的直線可近似認為通過原點 若從實驗中所用的彈簧截取圈數為n的一段彈簧 該彈簧的勁度系數k與其圈數n的關系的表達式為k N m 該彈簧的勁度系數k與其自由長度l0 單位為m 的關系的表達式為k N m 0 0122 答案 1 81 7 2 略