高考物理一輪復習 第2章 相互作用 實驗2 探究彈力和彈簧伸長的關系課件.ppt

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實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系,注意事項,1.安裝實驗裝置：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。 2.不要超過彈性限度：實驗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.盡量多測幾組數據：要使用輕質彈簧，且要盡量多測幾組數據。 4.觀察所描點的走向：不要畫折線。 5.統一單位：記錄數據時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。 誤差分析 1.鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差。 2.畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差。,熱點一 實驗原理與實驗操作 【例1】 如圖1甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質量且質量相等的鉤碼探究在彈性限度內彈簧彈力與彈簧伸長量的關系。,圖1 (1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：______________。,(2)實驗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為________N/m。圖線不過原點的原因是由于__________________________。 (4)為完成該實驗，設計的實驗步驟如下： A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組(x，F)對應的點，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的刻度，并記錄在表格內，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系式。首先嘗試寫成一次函數，如果不行，則考慮二次函數； F.解釋函數表達式中常數的物理意義； 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)根據實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量；(2)根據實驗原理，實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧掛不同個數的鉤碼時所對應的伸長量(或對應的彈簧長度)；(3)取圖象中(0.5，0)和(3.5，6)兩個點，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就有形變量。(4)根據完成實驗的合理性可知先后順序為CBDAEFG。 答案 (1)刻度尺 (2)彈簧原長、彈簧掛不同個數的鉤碼時所對應的伸長量(或對應的彈簧長度) (3)200 彈簧自身存在重力 (4)CBDAEFG,特別提醒 (1)實驗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”，而應盡量讓坐標點落在直線上或均勻分布在兩側。,【變式訓練】 1.(1)在“探究彈力和彈簧伸長量的關系”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量的關系”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中的( ),解析 (1)實驗中應以所研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內通過增減鉤碼的數目來改變對彈簧的拉力，以探究彈力和彈簧伸長量的關系，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,熱點二 數據處理及誤差分析 【例2】 (2014·新課標全國卷Ⅱ，23)某實驗小組探究彈簧的勁度系數k與其長度(圈數)的關系。實驗裝置如圖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。設彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0; 掛有質量為0.100 kg的砝碼時，各指針的位置記為x。測量結果及部分計算結果如下表所示(n為彈簧的圈數，取重力加速度為9.80 m/s2)。已知實驗所用彈簧總圈數為60，整個彈簧的自由長度為11.88 cm。,圖2,(1)將表中數據補充完整：①________，②________。,圖3,(3)圖3中畫出的直線可近似認為通過原點。若從實驗中所用的彈簧截取圈數為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數k與其圈數n的關系的表達式為k＝________N/m；該彈簧的勁度系數k與其自由長度l0(單位為m)的關系的表達式為k＝________N/m。,【變式訓練】 2.[2015·福建理綜，19(1)]某同學做“探究彈力和彈簧伸長量的關系”的實驗。 ①圖4甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量Δl為________cm；,圖4,②本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是________；(填選項前的字母) A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應的鉤碼總重 ③圖丙是該同學描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現象的主要原因是______________________________。,解析 ①由題圖乙知，讀數為14.66 cm，所以彈簧伸長量Δl＝(14.66－7.73)cm＝6.93 cm。②若隨意增減砝碼，作圖不方便，有可能會超出彈簧的彈性限度，所以應逐一增掛鉤碼，選項A正確。③由題圖丙知AB段彈簧伸長量與彈力不成線性關系，是因為鉤碼重力超過彈簧的彈性限度。 答案 ①6.93 ②A ③鉤碼重力超過彈簧的彈性限度,熱點三 實驗的改進與創(chuàng)新 以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現開放性、探究性等特點。 1.將彈簧水平放置或穿過一根水平光滑的直桿，在水平方向做實驗。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甲所示的實驗裝置研究彈簧的彈力與形變量之間的關系。輕彈簧上端固定一個力傳感器，然后固定在鐵架臺上，當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。測量數據如表格所示：,甲,(1)以x為橫坐標，F為縱坐標，在圖乙的坐標紙上描繪出能夠正確反應彈力與伸長量關系的圖線。,乙 圖5 (2)由圖線求得該彈簧的勁度系數為________(保留兩位有效數字)。,解析 橫軸表示伸長量x，縱軸表示彈力F，按照表格數據，描點畫圖，得到一條直線，圖象斜率代表彈簧勁度系數。 答案 (1)如圖 (2)75 N/m,【變式訓練】 3.(2016·陜西延安質檢)用如圖6所示的裝置測定彈簧的勁度系數，被測彈簧一端固定于A點，另一端B用細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，當掛兩個鉤碼時，繩上一定點P對應刻度如圖乙中ab虛線所示，再增加一個鉤碼后，P點對應刻度如圖乙中cd虛線所示，已知每個鉤碼質量為50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，則被測彈簧的勁度系數為________ N/m。掛三個鉤碼時彈簧的形變量為________cm。,圖6,答案 70 2.10,1.[2015·四川理綜，8(1)]某同學在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，安裝好實驗裝置，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。已知每個鉤碼質量是50 g，掛2個鉤碼時，彈簧彈力F2＝________N(當地重力加速度g＝9.8 m/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系。,圖7 解析 刻度尺示數為25.85 cm，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＝0.98 N。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 ①25.85 ②0.98 ③彈簧原長,2.(2014·浙江理綜，21)在“探究彈力和彈簧伸長的關系”時，某同學把兩根彈簧如圖8甲連接起來進行探究。,圖8,(1)某次測量如圖乙所示，指針示數為________cm。 (2)在彈性限度內，將50 g的鉤碼逐個掛在彈簧下端，得到指針A、B的示數LA和LB如表。用表中數據計算彈簧Ⅰ的勁度系數為________ N/m(重力加速度g＝10 m/s2)。由表中數據________(填“能”或“不能”)計算出彈簧Ⅱ的勁度系數。,答案 (1)15.95～16.05 (2)12.2～12.8 能,3.某同學探究彈力與彈簧伸長量的關系。 (1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側。彈簧軸線和刻度尺都應在________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10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6。數據如下表：,表中有一個數值記錄不規(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是該同學根據表中數據作的圖，縱軸是砝碼的質量，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為________N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質量為________g。(結果保留兩位有效數字，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的重力引起，所以彈簧軸線和刻度尺均應在豎直方向。 (2)彈簧靜止時，記錄原長L0；表中的數據L3與其他數據有效數字位數不同，所以數據L3不規(guī)范，標準數據應讀至厘米位的后兩位，最后一位應為估計值，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量為0時，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,