2020高考物理 名師1號系列復習 探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系教案

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1、實驗二探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系 第一關(guān)：基礎關(guān)展望高考 基 礎 知 識 （一）實驗目的 1.探究彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系； 2.學會利用圖象研究兩個物理量之間的關(guān)系的方法. （二）實驗原理 1.如圖所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長,平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等. 2.用刻度尺測出彈簧在不同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(jù)實驗所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系. （三）實驗器材 彈簧,直尺,鉤碼一盒,鐵架臺. （四

2、）實驗步驟 1.把彈簧吊在鐵架臺上,讓彈簧自然下垂,在彈簧不掛鉤碼時測量彈簧的原長L0. 2.將已知質(zhì)量的鉤碼掛在彈簧的下端,在平衡時測量彈簧的總長并計算鉤碼的重力,填寫在記錄表格里.然后改變所掛鉤碼的質(zhì)量,重復前面的實驗過程多次. 3.根據(jù)所測數(shù)據(jù),在已經(jīng)準備好的坐標紙上描點.以力為縱坐標,以彈簧的長度為橫坐標. 4.按照圖中各點的分布與走向,嘗試作出一條光滑曲線(包括直線),技巧是所描的點不一定都在曲線上. 5.作圖得到的是如圖甲所示的圖象.盡管是直線,也就是一次函數(shù),但不夠簡潔,即不是剛好反應函數(shù)間的正比關(guān)系.處理的手法是將坐標軸平移,就可以得到一個從原點出發(fā)的函數(shù)圖象(圖

3、乙).這個平移的意義正是彈簧的長度之差,與所要考慮的伸長多少相關(guān).平移后將橫坐標由彈簧的長度改為彈簧的伸長量. 6.進而找到彈簧的伸長為自變量,寫出實驗得到的曲線所代表的函數(shù)即彈力與彈簧伸長的關(guān)系. 7.當函數(shù)表達式中出現(xiàn)常數(shù)時,試解釋這個常數(shù)的物理意義. 8.運用表中的數(shù)據(jù)計算驗證所得的函數(shù)關(guān)系. （五）注意事項 1.懸吊彈簧時要讓它自然下垂,別忘了測量彈簧的原長L0. 2.每改變一次拉力的大小就要做一次測量記錄.為了探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系,要盡可能多測幾組數(shù)據(jù),以便在坐標紙上能描出更多的點. 3.實驗時拉力不要太大(即鉤碼不能過多),以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度

4、.要注意觀察,適可而止. 4.在坐標紙上嘗試描畫一條平滑曲線(包括直線)時,要順著各點的走向來描,描出的點可以不一定正好在曲線上,但要注意使曲線兩側(cè)的點數(shù)大致相同. 5.寫出曲線所代表的函數(shù)時,建議首先嘗試用一次函數(shù),如果不行再考慮其他函數(shù). 第二關(guān)：技法關(guān)解讀高考 解 題 技 法 一、實驗設計 技法講解 1.實驗設計 探索性實驗是一種以探索物理規(guī)律為目的而進行的實驗．雖然本實驗要探索的彈力與彈簧伸長的關(guān)系早在1676年就被英國物理學家胡克所發(fā)現(xiàn)，但今天再嘗試一下探索過程，體驗物理規(guī)律是如何被發(fā)現(xiàn)的，不僅會使我們更加深入地理解彈力與彈簧伸長的關(guān)系，同時還可以學習如何通過實驗來探

5、索物理規(guī)律．如圖所示將彈簧上端固定在支架上，下端掛的重物處于靜止時，彈力大小等于重物受的重力，以此測彈力f.再用豎直地固定在支架上的刻度尺測出懸掛重物時彈簧的伸長量x. 典例剖析 例1用一個支架、一根彈簧、一把尺子和一個已知質(zhì)量的砝碼，來測定某個不太重的物體有多重，該怎樣做？ 解析：這是根據(jù)所給器材進行設計實驗，最終得出實驗結(jié)論的題目，依據(jù)的實驗方法來源于基本 實驗原理．具體做法是： (1)將彈簧上端固定在支架上，下端掛上砝碼(質(zhì)量已知為m)，測出彈簧伸長x；(2)將砝碼取去換上待測物體，測出彈簧伸長x′；(3)待測物體重為x′. 二、實驗數(shù)據(jù)的處理 技法講解 （1）列表法

6、：將測得的f1、x1；f2、x2；f3、x3……和f1/x1、f2/x2、f3/x3……填入設計好的表格之中，可以發(fā)現(xiàn)彈力f和彈簧伸長x的比值在實驗誤差允許范圍內(nèi)是相等的.(2)圖象法：坐標紙上以彈簧伸長x為橫坐標、彈力f為縱坐標，描出f1、x1;f2、x2；f3、x3……相應的點，作出擬合曲線，可以發(fā)現(xiàn)該曲線可看作是一條通過坐標原點的直線.(3)函數(shù)法：彈力f與彈簧伸長量x滿足f=kx的關(guān)系. 典例剖析 例2在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，某同學得到的數(shù)據(jù)記錄如下：測得彈簧數(shù)據(jù)記錄如下： 測得彈簧原長為=10cm (1)根據(jù)測得數(shù)據(jù)作出彈簧拉力F和彈簧總長的關(guān)系圖象.

7、(2)由所得圖象寫出F與的函數(shù)關(guān)系式. (3)F與彈簧的伸長Δ成什么關(guān)系？F與Δ的比值等于多少？ 解析：（1） （2）F=k（） （3）F與Δ成正比關(guān)系，若F與Δ的比值用k表示，則k= =100 N/m 三、實驗技巧 技法講解 (1)實驗所用彈簧應選用輕彈簧，其勁度系數(shù)不是很大，砝碼的增減使彈簧應有較明顯的形變. (2)懸掛砝碼要適量，以免超出彈簧的彈性限度． (3)懸掛砝碼靜止時(保證拉力與彈簧伸長方向同軸)才能讀數(shù)． (4)作圖時，應以彈力作縱軸，彈簧的伸長量x(而非彈簧總長)為橫軸．平滑直線的兩側(cè)的點 應有大致相同的個數(shù)． (5)作出圖線可用學過的一次函數(shù)的知

8、識寫出直線所代表的函數(shù)解析式，即F=kx，k即為彈簧的勁度系數(shù).然后選定若干組F和x，利用求平均值的辦法確定k值.若力的單位為牛（N），彈簧的伸長單位為米（m），則函數(shù)式中k的單位是牛/米（N/m）. 在彈性限度內(nèi)，形變的彈簧產(chǎn)生的彈力大小可用胡克定律公式F彈=kx計算.式中k是彈簧的勁度系數(shù)，單位是N/m,x是指彈簧壓縮或拉伸形變量的大小. 典例剖析 例3（1）用一只彈簧秤、一把刻度尺測量一根彈簧的勁度系數(shù)，依據(jù)你的實驗原理，需要測量的物理量有____. （2）通過本實驗我們得出了結(jié)論：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小和彈簧的形變量之間成正比，即F=kx，那么ΔF=kΔx成立嗎？（式中Δ

9、x為彈力變化后，彈簧又發(fā)生的形變變化，ΔF為彈力的變化） 解析：（1）彈簧秤的作用是用來測量彈簧的彈力大小，所以需要測量的物理量有：彈簧原長，彈簧伸長后的長度，彈簧伸長到相應長度時彈簧秤拉力示數(shù). (2)以F為縱軸，以x為橫軸，作F-x的圖象如圖所示，圖象是過原點的直線，斜率為k，變化量ΔF與Δx也成正比.故ΔF=kΔx成立. 第三關(guān)：訓練關(guān)笑對高考 隨 堂 訓 練 1.在該實驗中關(guān)于操作步驟“測量彈簧原長和豎直懸掛彈簧”的先后順序，下列說 法正確的是( ) A.先測量原長，后豎直懸掛 B.先豎直懸掛，后測量原長 C.先后順序?qū)嶒灲Y(jié)果無影響 D.先后順序?qū)嶒灲Y(jié)

10、果的影響程度取決于彈簧的自重 答案:BD 2.某同學做“探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系”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長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上砝碼后測出彈簧伸長后 的長度L，把L-L0作為彈簧的伸長x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖 線可能是下圖所示圖線的哪一個( ) 答案:B 3.下表是某同學為探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系所測的幾組數(shù)據(jù)： (1)請你在圖中的坐標軸上作出F-x圖線. (2)寫出曲線所代表的函數(shù)式.(x用m作單位) (3)解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義. 答案:(1)略 (2)F=20x

11、 (3)彈簧每伸長1 m，彈簧的彈力增加20 N 4.某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實驗中，按正確操作方法測出的數(shù)據(jù)如下表所示，其中，他選擇的輕質(zhì)彈簧的原長是10 cm，實驗中彈簧的伸長始終未超過彈性限度. （1）若以拉力F為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，請你在下圖中描點并作出該彈簧的F—x 圖線. (2)若以x為自變量，且F的單位用N表示，x的單位用m表示，則上述圖線所代表的函數(shù)為 ___________. 解析：（1）先根據(jù)表中的彈簧總長度和彈簧原長計算出各個拉力下對應的彈簧伸長量x，然后在F-x坐標系中描點，作出該彈簧的F-x圖線. （2）由圖線的斜率

12、求出k，然后寫出函數(shù)關(guān)系. 答案：(1)如下圖所示 （2）F=kx，其中k=200 N/m或F=200x. 點評：“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實驗是滲透新課標理念的學生實驗，2020年高考將有相當多的省市進行新課標高考，因此要特別關(guān)注高考大綱中的探究性學生實驗. 5.如圖所示，四根相同的輕質(zhì)彈簧連著相同的物體，在外力作用下做不同的運動： （1）在光滑水平面上做加速度大小為g的勻加速直線運動； （2）在光滑斜面上做向上的勻速直線運動； （3）做豎直向下的勻速直線運動； （4）做豎直向上的加速度為g的勻加速直線運動.設四根彈簧伸長量分別為，不計空氣阻力，g為重力加速度，則（）

13、 答案：AD 6.某同學在做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，組成如圖所示的裝置.所用的鉤碼每個重0.5 N，他將6個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每掛一個都測出彈簧的總長度，并將數(shù)據(jù)填在下面的表格中（彈簧始終在彈性限度內(nèi)）. （1）試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在給定的坐標紙上，作出彈簧所受彈力大小跟彈簧總長之間的函數(shù)關(guān)系的圖線.說明圖線跟坐標軸交點的物理意義和所得圖線的物理意義各是什么？該彈簧的勁度系數(shù)k是多大？ （2）試用一個已知重力的鉤碼和一根有刻度的直尺去測定一根細繩能承受的最大拉力（設鉤碼重力稍小于細繩能承受的最大拉力）. 解析：（1）如下圖所示，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐

14、標紙上描出的點，基本上在同一條直線上.可以判定F和L間是一次函數(shù)關(guān)系.根據(jù)描點畫一條直線，使盡可能多的點落在這條直線上，不在直線上的點均勻地分布在直線的兩側(cè).該圖線跟橫軸交點的橫坐標表示彈簧的原長.圖線的物理意義是表明彈簧的彈力大小和彈簧伸長量大小成正比.由k=可得k=50N/m. （2）用直尺做一個杠桿，杠桿較短的一端用細繩拉?。晒潭ㄔ谧烂嫔希硪贿吙拷c處掛上砝碼，移動砝碼在杠桿上的位置，增加砝碼到支點的距離，直到細繩恰好被拉斷，由杠桿平衡條件計算細繩所能承受的最大拉力.（其他方法只要合理均給分）. 答案：見解析 點評：近年來高考對實驗能力的要求在提高.已由考查教材上的實驗轉(zhuǎn)移到考查設計性實驗上來，但實驗的原理還是在中學物理考點范圍以內(nèi).對于設計性實驗，還是需要測量物理量，而這些物理量在中學的實驗中已進行過練習，是要測量方案上需要設計合理的實驗途徑.