（全國(guó)通用版）2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件.ppt

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1、實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1.探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系。 2.學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),探究物理規(guī)律。,【實(shí)驗(yàn)原理】 1.如圖所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)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(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量x,建立直角坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x,在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線(xiàn)連接起來(lái),根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線(xiàn),就可探知彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量間的關(guān)系。,【實(shí)驗(yàn)器材】 鐵架臺(tái)、毫米刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)、三角板、鉛筆、重垂線(xiàn)、坐標(biāo)紙等。,【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】 1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖

2、,將鐵架臺(tái)放在桌面上(固定好),將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)的橫梁上,在靠近彈簧處將刻度尺(分度值為1 mm)固定于鐵架臺(tái)上,并用重垂線(xiàn)檢查刻度尺是否豎直。 2.記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0,即彈簧的原長(zhǎng)。,3.在彈簧下端掛上鉤碼,待鉤碼靜止時(shí)測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度l,求出彈簧的伸長(zhǎng)量x和所受的外力F(等于所掛鉤碼的重力)。 4.改變所掛鉤碼的數(shù)量,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù),將所測(cè)數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表格中。 記錄表:彈簧原長(zhǎng)l0=cm。,【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(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),用描點(diǎn)法作圖,連接各點(diǎn)得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線(xiàn)。 2.以彈簧的

3、伸長(zhǎng)量為自變量,寫(xiě)出圖線(xiàn)所代表的函數(shù)表達(dá)式,并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。,【誤差分析】 1.系統(tǒng)誤差: 鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確和彈簧自身重力的影響造成系統(tǒng)誤差。 2.偶然誤差: (1)彈簧長(zhǎng)度的測(cè)量造成偶然誤差,為了減小這種誤差,要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。,(2)作圖時(shí)的不規(guī)范造成偶然誤差,為了減小這種誤差,畫(huà)圖時(shí)要用細(xì)鉛筆作圖,所描各點(diǎn)盡量均勻分布在直線(xiàn)的兩側(cè)。,【注意事項(xiàng)】 1.所掛鉤碼不要過(guò)重,以免彈簧被過(guò)分拉伸,超出它的彈性限度,要注意觀(guān)察,適可而止。 2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些,從而使坐標(biāo)點(diǎn)的間距盡可能大,這樣作出的圖線(xiàn)準(zhǔn)確度更高一些。 3.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)

4、定狀態(tài)時(shí)測(cè)量,以免增大誤差。,4.描點(diǎn)畫(huà)線(xiàn)時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線(xiàn)上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線(xiàn)的兩側(cè)。 5.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力、彈簧的原長(zhǎng)l0、總長(zhǎng)l及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。 6.坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中。,熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作 【典例1】某中學(xué)的物理興趣實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí),分成了兩組來(lái)進(jìn)行探究分析。導(dǎo)學(xué)號(hào)04450041,(1)小組甲對(duì)兩個(gè)勁度系數(shù)不同的彈簧 A和彈簧B進(jìn)行了探究,根據(jù)測(cè)量的實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)以彈簧的伸長(zhǎng)量(x)為縱坐標(biāo),以 彈簧的彈力(F)為橫坐標(biāo),在同一坐標(biāo)系中作出了兩彈 簧的圖象,從圖象上看兩彈簧的圖線(xiàn)的后半段均向上發(fā)

5、生了彎曲,其原因是________________________,,如果選用其中的一個(gè)彈簧制作成精確度比較高的彈簧測(cè)力計(jì),則應(yīng)選(選填“A”或“B”)。,(2)小組乙的同學(xué)完成了如下的操作: a.將帶鐵夾的鐵架臺(tái)放在水平桌面上,將彈簧的一端固定在鐵夾上使其呈自然狀態(tài),并在豎直的彈簧附近平行彈簧固定一刻度尺 b.以彈簧的伸長(zhǎng)量(x)為縱坐標(biāo),以彈簧的彈力(F)為橫坐標(biāo),根據(jù)以上測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn),并用一條平滑的線(xiàn)連接起來(lái),c.寫(xiě)出彈簧的彈力與彈簧形變量的關(guān)系式,并對(duì)該關(guān)系式中的常量進(jìn)行解釋 d.從刻度尺上讀出彈簧下端不懸掛鉤碼時(shí),彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度尺上的刻度值,記為L(zhǎng)0,e.然后在彈簧

6、的下端依次懸掛1、2、3、4個(gè)鉤碼,當(dāng)彈簧穩(wěn)定時(shí),依次讀出彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度值,分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、L4并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄在表格中,隨后將鉤碼取下 請(qǐng)將以上的實(shí)驗(yàn)步驟按照正確的順序排列,將步驟前的字母填在橫線(xiàn)上:____________。,【規(guī)范解答】(1)圖象后半段向上彎曲表明彈簧已經(jīng)超過(guò)了其彈性限度;若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選彈簧A,因?yàn)閺椈葾的勁度系數(shù)較小,較小的力能使彈簧A發(fā)生較明顯的形變,便于測(cè)量。 (2)實(shí)驗(yàn)步驟的排列順序?yàn)閍debc。 答案:(1)彈簧已經(jīng)超過(guò)了其彈性限度A(2)adebc,【強(qiáng)化訓(xùn)練】 如圖甲所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)質(zhì)量均為m的鉤碼探究在

7、彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。,(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(xiàn),由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_________N/m。圖線(xiàn)不過(guò)原點(diǎn)是由于______________________________________。,(4)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下: A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)

8、,以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線(xiàn)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):_________ ___________________________

9、_________________。,【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)和伸長(zhǎng)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)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(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)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)(3)200彈簧自重(4)CBDAEFG,【反思?xì)w納】(1)測(cè)量有關(guān)長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)區(qū)別彈簧原長(zhǎng)L0、實(shí)際總長(zhǎng)L

10、及伸長(zhǎng)量x,明確三者之間的關(guān)系。 (2)建立平面直角坐標(biāo)系時(shí),兩軸上單位長(zhǎng)度所代表的物理量的值要適當(dāng),不可過(guò)大,也不可過(guò)小。描線(xiàn)的原則:盡量使各點(diǎn)落在一條直線(xiàn)上,少數(shù)點(diǎn)分布于直線(xiàn)兩側(cè),描出的線(xiàn)不應(yīng)是折線(xiàn),而應(yīng)是平滑的直線(xiàn)。,熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理及誤差分析 【典例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)。導(dǎo)學(xué)號(hào)04450042,(1)圖甲是不掛鉤碼時(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l為_(kāi)_____cm。,(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_________

11、_。(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l與彈力F的關(guān)系圖線(xiàn),圖線(xiàn)的AB段明顯偏離直線(xiàn)OA,造成這種現(xiàn)象的主要原因是____________________________________ _______________________。,【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)關(guān)注以下三點(diǎn): (1)刻度尺讀數(shù)時(shí),對(duì)有效數(shù)字的要求。 (2)逐一增掛鉤碼和隨意增減鉤碼對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的影響。 (3)從實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的角度分析圖象彎曲的原因。,【規(guī)范解答】(1)由

12、題圖乙知,讀數(shù)為14.66 cm,所以彈簧伸長(zhǎng)量l=(14.66-7.73)cm=6.93 cm。(2)若隨意增減鉤碼,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(xiàn)性關(guān)系,是因?yàn)殂^碼重力超過(guò)彈簧的彈性限度。,答案:(1)6.93(2)A (3)鉤碼重力超過(guò)彈簧的彈性限度,【強(qiáng)化訓(xùn)練】 某同學(xué)探究一條橡皮筋的彈力和伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)時(shí)使用了一條拉伸一定長(zhǎng)度后粗細(xì)會(huì)明顯變化的橡皮筋。利用彈簧秤測(cè)出橡皮筋彈力的大小,利用刻度尺測(cè)出橡皮筋的長(zhǎng)度。,(1)某次測(cè)橡皮筋的彈力時(shí),彈簧秤的示數(shù)如圖甲所示,讀數(shù)為_(kāi)__________

13、_N。,(2)該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的橡皮筋的彈力F與橡皮筋伸長(zhǎng)量x的數(shù)據(jù)作出F-x圖象,如圖乙所示。從圖上可以看出,在彈力較小時(shí),橡皮筋的彈力與伸長(zhǎng)量的關(guān)系遵循胡克定律,這時(shí)橡皮筋的勁度系數(shù)為_(kāi)__________ _______N/m。,(3)由圖乙可以看出,當(dāng)拉力較大時(shí),橡皮筋的彈力與伸長(zhǎng)量的比值發(fā)生了明顯的變化,這時(shí)拉力越大,橡皮筋越____________(選填“容易”或“不容易”)發(fā)生形變。,【解析】(1)根據(jù)彈簧秤的讀數(shù)規(guī)則可知,彈簧秤的讀 數(shù)為1.30 N。 (2)由題圖乙可知,在彈力較小時(shí),橡皮筋的彈力與伸長(zhǎng) 量成正比,這時(shí)橡皮筋的勁度系數(shù)為 k= N/m=12 N/m。,(3

14、)由題圖乙可以看出,當(dāng)拉力較大時(shí),圖象的斜率增大,這表明增大一定的伸長(zhǎng)量,需要的拉力變大,因此橡皮筋更不容易發(fā)生形變。,答案:(1)1.30(2)12 (3)不容易,【反思?xì)w納】在F-x圖象中,若x表示彈簧的長(zhǎng)度,則圖線(xiàn)不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),圖線(xiàn)與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)表示彈簧的原長(zhǎng),圖線(xiàn)的斜率仍表示彈簧的勁度系數(shù)。若圖象最后出現(xiàn)彎曲,則表示彈簧超出了彈性限度。,熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新 【典例3】(多選)(2018臨沂模擬)如圖甲所示,一彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連。當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時(shí),在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關(guān)系圖象,如圖乙所示。則下列判斷正確的是 導(dǎo)學(xué)號(hào)0

15、4450043(),A.彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比 B.彈力增加量與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度的形變量成正比 C.該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/m D.該彈簧受到反向壓力時(shí),勁度系數(shù)不變,【創(chuàng)新方向分析】實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新(如圖所示),【規(guī)范解答】選B、C、D。由題圖乙知,F-x圖線(xiàn)是一條 過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn),k= N/m=200 N/m,彈簧的勁度 系數(shù)與彈簧所受力的方向無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤,B、C、D正確。,【強(qiáng)化訓(xùn)練】 用如圖甲所示的實(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:,(1)以x為橫坐標(biāo),F為縱坐標(biāo),在圖乙的坐標(biāo)紙上描繪出能夠正確反映彈力與伸長(zhǎng)量關(guān)系的圖線(xiàn)。,(2)由圖線(xiàn)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(xiàn),圖象斜率代表彈簧勁度系數(shù)。求得彈簧的勁度系數(shù)為75 N/m。,答案:(1)見(jiàn)解析圖(2)75 N/m,