高考物理總復習 第二章 第四講 實驗：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 新人教版必修1

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1、(對應學生用書P31)一、實驗目的探究彈力與彈簧伸長量的定量關(guān)系，學會用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實驗探究能力二、實驗原理彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等，如圖所示這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出(可以用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力)；彈簧的長度可用刻度尺測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算多測幾組數(shù)據(jù)，用列表和作圖的方法探索出彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系三、實驗器材鐵架臺，彈簧，鉤碼，天平，刻度尺，坐標紙，鐵夾等四、實驗步驟1測量彈簧的伸長量(或總長)及所受的拉力(或所掛砝碼的質(zhì)量)，列表作出記錄，要盡可能多測幾組數(shù)據(jù)2根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐

2、標紙上描點，最好以力為縱坐標，以彈簧的伸長量為橫坐標3按照圖中各點的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)4以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)5解釋函數(shù)表達式中常量的物理意義(對應學生用書P32)要點一誤差分析1.本實驗的誤差來源之一是因彈簧拉力大小的不穩(wěn)定造成的，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，測量時盡量精確地測量彈簧的長度3.在Fx圖象上描點、作圖不準確 要點二注意事項 1.每次增減鉤碼測量有關(guān)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

3、力不相等2.彈簧下端增加鉤碼時，注意不要超過彈簧的限度3.測量有關(guān)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(guān)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.描線的原則是，盡量使各點落在描畫出的線上，少數(shù)點分布于線兩側(cè)，描出的線不應是折線，而應是平滑的曲線6.記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關(guān)系及單位要點三實驗改進本實驗的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力，所以改進實驗的思路應該是盡可能減小彈簧自重的影響：1.一個方案是將彈簧穿過一根水平光滑的杠桿，在水平方向做實驗2.另一個方案是選擇勁度系數(shù)較小的輕彈簧，通過減小讀數(shù)的相對誤

4、差來提高實驗的精確度3.利用計算機及傳感器技術(shù)，將彈簧水平放置，且一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連，對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時，電腦上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象(如圖乙所示)，分析圖象得出結(jié)論(1)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，以下說法正確的是()A彈簧被拉伸時，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，應保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等(2)某同學做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原

5、長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把LL0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖中的()解析本題主要考查使用彈簧時應注意的問題，還有用圖象法來描述彈簧的彈力與其伸長量間的關(guān)系(1)實驗中應以所研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x0，所以選C.答案(1)AB(2)C(對應學生用書P32)題型一數(shù)據(jù)處理例1利用如下圖所示裝置做探究彈力和彈簧伸長關(guān)系的實驗所用的鉤碼每只的

6、質(zhì)量為30 g實驗中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個加掛在彈簧下端，穩(wěn)定后依次測出相應的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在表中(彈力始終未超過彈性限度，取g10 m/s2)記錄數(shù)據(jù)組記錄數(shù)據(jù)組123456鉤碼總質(zhì)量鉤碼總質(zhì)量(g)0306090120150彈簧總長彈簧總長(cm)6.007.118.209.3110.4011.52(1)在下圖坐標系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖線(2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m.(保留兩位有效數(shù)字)答案(1)見解析(2)27題型二拓展創(chuàng)新實驗例2(2011哈爾濱月考)17世紀英國物理學家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變

7、量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律，受此啟發(fā)，一組同學研究“金屬線材伸長量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下：()A有同學認為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長量與拉力成正比，與截面半徑成反比B他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象，用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設(shè)C通過實驗取得如下數(shù)據(jù)：D.同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設(shè)進行了補充、完善(1)上述科學探究活動中，屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是_、_.(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯誤或不足，請給予修正_.長度長度拉

8、力拉力伸長伸長直徑直徑250 N500 N750 N1000 N1 m2.52 mm0.4 mm 0.8 mm 1.2 mm 1.6 mm2 m2.52 mm0.8 mm 1.6 mm 2.4 mm 3.2 mm1 m3.57 mm0.2 mm 0.4 mm 0.6 mm 0.8 mm嘗試解答(1)確定研究對象，選取實驗器材屬“制定計劃”故B屬于“制定計劃”；實驗過程，測量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”，此過程對應C.研究伸長量x與拉力F、長度L、直徑D的關(guān)系時，采用控制變量法，比如長度、直徑不變，再研究伸長量與力的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法這是物理實驗中的一個重要研究方法(2)他們的假設(shè)不是全部正確在

9、彈性限度內(nèi)，金屬絲的伸長量與拉力成正比，與截面半徑的平方成反比，還與金屬絲的長度成正比答案(1)BC(2)見解析控制變量法在實驗探究中的應用任何探究性實驗都應遵循科學探究的七大要素，即提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作而在以實驗題的形式進行考查時，可選取其中的一個或幾個要素進行考查，本題即選取了其中的三個要素來考查學生對科學探究過程的理解在設(shè)計實驗時，若涉及多變量問題，常采用控制變量法，這是中學實驗中最常使用的方法，同學們對本法應熟記于心(對應學生用書P33)1(2011臨沂模擬)如圖(甲)所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相

10、連當對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關(guān)系圖象，如圖(乙)所示則下列判斷正確的是()A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比B彈簧長度的增加量與對應的彈力增加量成正比C該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/mD該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變 答案BCD2(2011承德模擬)某同學和你一起探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k.做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上當彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端掛一個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作

11、L1；彈簧下端掛兩個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2；掛七個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L7.(1)如表中記錄的是該同學已測出的6個值，其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤，它們的代表符號分別是_和_測量記錄表：(2)實驗中，L3和L7兩個值還沒有測定，請你根據(jù)圖將這兩個測量值填入記錄表中代表符號代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7刻度數(shù)值刻度數(shù)值/cm1.703.405.108.6010.312.1(3)為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計算出了三個差值：d1L4L06.90 cm，d2L5L16.90 cm，d3L6L27.00 cm.請你給

12、出第四個差值：d4_ cm.(4)根據(jù)以上差值，可以求出每增加50 g鉤碼，彈簧平均伸長量L.L用d1、d2、d3、d4表示的式子為：L_，代入數(shù)據(jù)解得L_ cm.(5)計算彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m.3在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了水平向右恒定的拉力實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應的彈簧總長度(1)有一個同學通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標圖中，請作出FL圖線(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0_ cm，勁度系數(shù)k_ N/m.(3)試根據(jù)以上該同學的實驗情

13、況，請你幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較優(yōu)點在于：_.缺點在于：_.解析(1)用平滑的曲線將各點連接起來，如圖所示：(2)彈簧的原長L0即為彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，L05102 m5 cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k20 N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表：(4)優(yōu)點是：避免彈簧自身所受重力對實驗的影響；缺點是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差答案(1)見解析(2)520(3)(4)見解析次數(shù)次數(shù)1 12 23 34 45 56 6彈力彈力F F/N/N彈簧的長度彈簧的長度L

14、L/ /10102 2m m4(2012安徽省省城名校聯(lián)考)某同學在研究性學習中，利用所學的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一深度為h0.25m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的下部分位于筒內(nèi))，如圖甲所示，如果本實驗的長度測量工具只能測量出距筒口右端彈簧的長度l，現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù)，該同學通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變l，作出Fl變化的圖線如圖乙所示(1)由此圖線可得出的結(jié)論是_；(2)彈簧的勁度系數(shù)為_N/m，彈簧的原長l0_m；(3)該同學實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：_； 缺點在于：_.解析設(shè)彈簧原長為l0，由圖可知，彈簧伸長量可

15、表示為hll0，由胡克定律可得Fk(hll0)，F(xiàn)l圖線斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，k100N/m.Fl圖線在縱軸截距表示l0時F10N，代入Fk(hll0)，解得彈簧的原長l00.15m.答案(1)在彈性限度內(nèi)， 彈力與彈簧的伸長量成正比(2)1000.15(3)避免彈簧自身所受重力對實驗的影響彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差答案(1)乙猜想正確，判斷依據(jù)見解析(2)鐵架臺、刻度尺(3)見解析6(2011大連模擬)用納米技術(shù)處理過的材料叫納米材料，其性質(zhì)與處理前相比會發(fā)生很多變化，如機械性能會成倍地增加，對光的反射能力會變得非常低，熔點會大大降低，甚至有特殊的磁性質(zhì)現(xiàn)有一種納米合金

16、絲，欲測定出其伸長量x與所受拉力F、長度L、截面直徑D的關(guān)系(1)測量上述物理量需要的主要器材是：_、_、_等(2)若實驗中測量的數(shù)據(jù)如表中所示，根據(jù)這些數(shù)據(jù)請寫出x與F、L、D間的關(guān)系式：x_(若用到比例系數(shù)，可用k表示)長度長度L/cm拉力拉力F/N伸長伸長x/cm直徑直徑D/mm 50.0 100.0 200.0 5.00 0.040 0.20 0.40 0.80 10.00 0.040 0.40 0.80 1.60 5.00 0.080 0.10 0.20 0.40(3)在研究并得到上述關(guān)系的過程中，主要運用的科學研究方法是_(只需寫出一種)(4)若有一根合金絲的長度為20 cm，截面直徑為0.200 mm，使用中要求其伸長量不能超過原長的百分之一，那么這根合金絲能承受的最大拉力為_N.