高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,注意事項(xiàng),1.安裝實(shí)驗(yàn)裝置：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。 2.不要超過(guò)彈性限度：實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過(guò)彈簧的彈性限度。 3.盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。 4.觀察所描點(diǎn)的走向：不要畫(huà)折線。 5.統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。 誤差分析 1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差。 2.畫(huà)圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來(lái)誤差。,熱點(diǎn)一 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作 【例1】 如圖1甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。,圖1 (1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：______________。,(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有：________________。 (3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的F－x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m。圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是由于__________________________。 (4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下： A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)； B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0； C.將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；,D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)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(zhǎng)量為自變量，寫(xiě)出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式。首先嘗試寫(xiě)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(dá)式中常數(shù)的物理意義； G.整理儀器。 請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái)：________。,解析 (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來(lái)測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度)；(3)取圖象中(0.5，0)和(3.5，6)兩個(gè)點(diǎn)，代入F＝kx可得k＝200 N/m，由于彈簧自重的原因，使得彈簧不加外力時(shí)就有形變量。(4)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)镃BDAEFG。 答案 (1)刻度尺 (2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度) (3)200 彈簧自身存在重力 (4)CBDAEFG,特別提醒 (1)實(shí)驗(yàn)中不能掛過(guò)多的鉤碼，使彈簧超過(guò)彈性限度。 (2)作圖象時(shí)，不要連成“折線”，而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點(diǎn)落在直線上或均勻分布在兩側(cè)。,【變式訓(xùn)練】 1.(1)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時(shí)，不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C.用直尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量 D.用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L，把L－L0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫(huà)出的圖線可能是下列選項(xiàng)中的( ),解析 (1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目來(lái)改變對(duì)彈簧的拉力，以探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B。 (2)由于考慮到彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量x＞0所以選C。 答案 (1)AB (2)C,熱點(diǎn)二 數(shù)據(jù)處理及誤差分析 【例2】 (2014·新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ，23)某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長(zhǎng)度(圈數(shù))的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示：一均勻長(zhǎng)彈簧豎直懸掛，7個(gè)指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處；通過(guò)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(shè)彈簧下端未掛重物時(shí)，各指針的位置記為x0; 掛有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，各指針的位置記為x。測(cè)量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)。已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60，整個(gè)彈簧的自由長(zhǎng)度為11.88 cm。,圖2,(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：①________，②________。,圖3,(3)圖3中畫(huà)出的直線可近似認(rèn)為通過(guò)原點(diǎn)。若從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k＝________N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長(zhǎng)度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k＝________N/m。,【變式訓(xùn)練】 2.[2015·福建理綜，19(1)]某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。 ①圖4甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量Δl為_(kāi)_______cm；,圖4,②本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來(lái)改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是________；(填選項(xiàng)前的字母) A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重 B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重 ③圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是______________________________。,解析 ①由題圖乙知，讀數(shù)為14.66 cm，所以彈簧伸長(zhǎng)量Δl＝(14.66－7.73)cm＝6.93 cm。②若隨意增減砝碼，作圖不方便，有可能會(huì)超出彈簧的彈性限度，所以應(yīng)逐一增掛鉤碼，選項(xiàng)A正確。③由題圖丙知AB段彈簧伸長(zhǎng)量與彈力不成線性關(guān)系，是因?yàn)殂^碼重力超過(guò)彈簧的彈性限度。 答案 ①6.93 ②A ③鉤碼重力超過(guò)彈簧的彈性限度,熱點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新 以本實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開(kāi)放性、探究性等特點(diǎn)。 1.將彈簧水平放置或穿過(guò)一根水平光滑的直桿，在水平方向做實(shí)驗(yàn)。消除了彈簧自重的影響。,2.彈簧的彈力直接由力傳感器測(cè)得,【例3】 用如圖5甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究彈簧的彈力與形變量之間的關(guān)系。輕彈簧上端固定一個(gè)力傳感器，然后固定在鐵架臺(tái)上，當(dāng)用手向下拉伸彈簧時(shí)，彈簧的彈力可從傳感器讀出。用刻度尺可以測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度，從而確定伸長(zhǎng)量。測(cè)量數(shù)據(jù)如表格所示：,甲,(1)以x為橫坐標(biāo)，F(xiàn)為縱坐標(biāo)，在圖乙的坐標(biāo)紙上描繪出能夠正確反應(yīng)彈力與伸長(zhǎng)量關(guān)系的圖線。,乙 圖5 (2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______(保留兩位有效數(shù)字)。,解析 橫軸表示伸長(zhǎng)量x，縱軸表示彈力F，按照表格數(shù)據(jù)，描點(diǎn)畫(huà)圖，得到一條直線，圖象斜率代表彈簧勁度系數(shù)。 答案 (1)如圖 (2)75 N/m,【變式訓(xùn)練】 3.(2016·陜西延安質(zhì)檢)用如圖6所示的裝置測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)，被測(cè)彈簧一端固定于A點(diǎn)，另一端B用細(xì)繩繞過(guò)定滑輪掛鉤碼，旁邊豎直固定一最小刻度為mm的刻度尺，當(dāng)掛兩個(gè)鉤碼時(shí)，繩上一定點(diǎn)P對(duì)應(yīng)刻度如圖乙中ab虛線所示，再增加一個(gè)鉤碼后，P點(diǎn)對(duì)應(yīng)刻度如圖乙中cd虛線所示，已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量為50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，則被測(cè)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______ N/m。掛三個(gè)鉤碼時(shí)彈簧的形變量為_(kāi)_______cm。,圖6,答案 70 2.10,1.[2015·四川理綜，8(1)]某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí)，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個(gè)鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度為l1，如圖7甲所示，圖乙是此時(shí)固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是1毫米)上位置的放大圖，示數(shù)l1＝________ cm。在彈簧下端分別掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)相同鉤碼，靜止時(shí)彈簧長(zhǎng)度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個(gè)鉤碼質(zhì)量是50 g，掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力F2＝________N(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8 m/s2)。要得到彈簧伸長(zhǎng)量x，還需要測(cè)量的是________，作出F－x曲線，得到彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。,圖7 解析 刻度尺示數(shù)為25.85 cm，注意估讀。掛2個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧彈力等于此時(shí)鉤碼的重力，即F＝2mg＝0.98 N。由于伸長(zhǎng)量等于彈簧的長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)，因此要得到伸長(zhǎng)量，還需要測(cè)量彈簧原長(zhǎng)。 答案 ①25.85 ②0.98 ③彈簧原長(zhǎng),2.(2014·浙江理綜，21)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”時(shí)，某同學(xué)把兩根彈簧如圖8甲連接起來(lái)進(jìn)行探究。,圖8,(1)某次測(cè)量如圖乙所示，指針示數(shù)為_(kāi)_______cm。 (2)在彈性限度內(nèi)，將50 g的鉤碼逐個(gè)掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如表。用表中數(shù)據(jù)計(jì)算彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)為_(kāi)_______ N/m(重力加速度g＝10 m/s2)。由表中數(shù)據(jù)________(填“能”或“不能”)計(jì)算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)。,答案 (1)15.95～16.05 (2)12.2～12.8 能,3.某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。 (1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在________方向(填“水平”或“豎直”)。 (2)彈簧自然懸掛，待彈簧________時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0；彈簧下端掛上砝碼盤(pán)時(shí)，長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x；在砝碼盤(pán)中每次增加10 g砝碼，彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6。數(shù)據(jù)如下表：,表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號(hào)為_(kāi)_______。由表可知所用刻度尺的最小分度為_(kāi)_______。,(3)圖9是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長(zhǎng)度與________的差值(填“L0”或“Lx”)。,圖9,(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m；通過(guò)圖和表可知砝碼盤(pán)的質(zhì)量為_(kāi)_______g。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8 m/s2),解析 (1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤(pán)的重力引起，所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向。 (2)彈簧靜止時(shí)，記錄原長(zhǎng)L0；表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至厘米位的后兩位，最后一位應(yīng)為估計(jì)值，精確至mm位，所以刻度尺的最小分度為1 mm。 (3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時(shí)，x為0， 所以x＝L－Lx。,答案 (1)豎直 (2)靜止 L3 1 mm (3)Lx (4)4.9 10,