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 以免超過彈簧的彈性限度 3 盡量多測幾組數(shù)據(jù) 要使用輕質(zhì)彈簧 且要盡量多測幾組數(shù)據(jù) 4 觀察所描點(diǎn)的走向 不要畫折線 5 統(tǒng)一單位 記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位 誤差分析1 鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確 彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差 2 畫圖時描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差 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 彈簧和多個已知質(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)中需要測量的物理量有 3 圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F x圖線 由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為 N m 圖線不過原點(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 以彈簧伸長量為橫坐標(biāo) 以彈力為縱坐標(biāo) 描出各組 x F 對應(yīng)的點(diǎn) 并用平滑的曲線連接起來 B 記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0 C 將鐵架臺固定于桌子上 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 2個 3個 4個 鉤碼 并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度 并記錄在表格內(nèi) 然后取下鉤碼 E 以彈簧伸長量為自變量 寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式 首先嘗試寫成一次函數(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 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來 解析 1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量 2 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有彈簧的原長 彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量 或?qū)?yīng)的彈簧長度 3 取圖象中 0 5 0 和 3 5 6 兩個點(diǎn) 代入F kx可得k 200N m 由于彈簧自重的原因 使得彈簧不加外力時就有形變量 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 彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量 或?qū)?yīng)的彈簧長度 3 200彈簧自身存在重力 4 CBDAEFG 特別提醒 1 實(shí)驗(yàn)中不能掛過多的鉤碼 使彈簧超過彈性限度 2 作圖象時 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量的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(xué)做 探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長 用直尺測出彈簧的原長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L L0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 以探究彈力和彈簧伸長量的關(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 彈簧的伸長量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)全國卷 23 某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度 圈數(shù) 的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)裝置如圖2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(diǎn)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(shè)彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質(zhì)量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結(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 80m s2 已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60 整個彈簧的自由長度為11 88cm 圖2 1 將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整 圖3 3 圖3中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點(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量的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 圖4甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度 其示數(shù)為7 73cm 圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度 此時彈簧的伸長量 l為 cm 圖4 本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力 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)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重 圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量 l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 由題圖乙知 讀數(shù)為14 66cm 所以彈簧伸長量 l 14 66 7 73 cm 6 93cm 若隨意增減砝碼 作圖不方便 有可能會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 由題圖丙知AB段彈簧伸長量與彈力不成線性關(guān)系 是因?yàn)殂^碼重力超過彈簧的彈性限度 答案 6 93 A 鉤碼重力超過彈簧的彈性限度 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)開放性 探究性等特點(diǎn) 1 將彈簧水平放置或穿過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力傳感器 然后固定在鐵架臺上 當(dāng)用手向下拉伸彈簧時 彈簧的彈力可從傳感器讀出 用刻度尺可以測量彈簧原長和伸長后的長度 從而確定伸長量 測量數(shù)據(jù)如表格所示 甲 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應(yīng)彈力與伸長量關(guān)系的圖線 乙圖5 2 由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)為 保留兩位有效數(shù)字 解析橫軸表示伸長量x 縱軸表示彈力F 按照表格數(shù)據(jù) 描點(diǎn)畫圖 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 75N m 變式訓(xùn)練 3 2016 陜西延安質(zhì)檢 用如圖6所示的裝置測定彈簧的勁度系數(shù) 被測彈簧一端固定于A點(diǎn) 另一端B用細(xì)繩繞過定滑輪掛鉤碼 旁邊豎直固定一最小刻度為mm的刻度尺 當(dāng)掛兩個鉤碼時 繩上一定點(diǎn)P對應(yīng)刻度如圖乙中ab虛線所示 再增加一個鉤碼后 P點(diǎn)對應(yīng)刻度如圖乙中cd虛線所示 已知每個鉤碼質(zhì)量為50g 重力加速度g 9 8m s2 則被測彈簧的勁度系數(shù)為 N m 掛三個鉤碼時彈簧的形變量為 cm 圖6 答案702 10 1 2015 四川理綜 8 1 某同學(xué)在 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 時 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個鉤碼 靜止時彈簧長度為l1 如圖7甲所示 圖乙是此時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 3個 4個 5個相同鉤碼 靜止時彈簧長度分別是l2 l3 l4 l5 已知每個鉤碼質(zhì)量是50g 掛2個鉤碼時 彈簧彈力F2 N 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 要得到彈簧伸長量x 還需要測量的是 作出F x曲線 得到彈力與彈簧伸長量的關(guān)系 圖7解析刻度尺示數(shù)為25 85cm 注意估讀 掛2個鉤碼時 彈簧彈力等于此時鉤碼的重力 即F 2mg 0 98N 由于伸長量等于彈簧的長度減去原長 因此要得到伸長量 還需要測量彈簧原長 答案 25 85 0 98 彈簧原長 2 2014 浙江理綜 21 在 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 時 某同學(xué)把兩根彈簧如圖8甲連接起來進(jìn)行探究 圖8 1 某次測量如圖乙所示 指針示數(shù)為 cm 2 在彈性限度內(nèi) 將50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端 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 的勁度系數(shù)為 N m 重力加速度g 10m s2 由表中數(shù)據(jù) 填 能 或 不能 計(jì)算出彈簧 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量的關(guān)系 1 將彈簧懸掛在鐵架臺上 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 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(shù)據(jù)如下表 表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范 代表符號為 由表可知所用刻度尺的最小分度為 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 N m 通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為 g 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 重力加速度取9 8m s2 解析 1 為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力引起 所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向 2 彈簧靜止時 記錄原長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1mm 3 由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時 x為0 所以x L Lx 答案 1 豎直 2 靜止L31mm 3 Lx 4 4 910