2020高考物理大一輪復習 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系課件 新人教版.ppt

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實驗二探究彈力和彈簧伸長的關系 實驗溯本求源 實驗熱點探究 課時鞏固訓練 教師備用習題 一 實驗目的1 探究彈力與的定量關系 2 學會利用列表法 圖像法 函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù) 二 實驗原理1 彈簧受力會發(fā)生形變 形變的大小與受到的外力有關 沿著彈簧伸長的方向拉彈簧 當形變穩(wěn)定時 彈簧產生的彈力與使它發(fā)生形變的拉力在數(shù)值上是的 2 用懸掛法測量彈簧的彈力所運用的正是彈簧的彈力與掛在彈簧下面的鉤碼的重力大小這一原理 彈簧伸長量 相等 相等 3 彈簧的長度可用刻度尺直接測出 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 這樣就可以探究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關系了 三 實驗器材輕質彈簧 一根 鉤碼 一盒 鐵架臺 鉛垂線 坐標紙 毫米刻度尺 四 實驗步驟1 如圖S2 1所示 將鐵架臺放在桌面上 固定好 將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上 在靠近彈簧處將刻度尺 分度為1mm 固定于鐵架臺上 并用檢查刻度尺是否豎直 2 記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度L0 3 在彈簧下端掛上一個鉤碼 待鉤碼后 記下彈簧下端所對應的刻度L1 鉛垂線 圖S2 1 靜止 4 用上面方法 記下彈簧下端掛2個 3個 4個 鉤碼時彈簧下端所對應的刻度L2 L3 L4 并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中 5 用xn Ln L0計算出彈簧下端掛1個 2個 3個 鉤碼時彈簧的伸長量 并根據(jù)當?shù)刂亓铀俣戎礸計算出所掛鉤碼的總重力 這個總重力就等于彈簧彈力的大小 將所得數(shù)據(jù)填入表格 6 根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點 最好以為縱坐標 以彈簧的伸長量為橫坐標 7 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 所描的點不一定正好都在這條曲線上 但要注意使曲線兩側的點數(shù)大致相同 8 以彈簧的伸長量為自變量 寫出曲線所代表的函數(shù) 首先嘗試一次函數(shù) 如果不行則考慮二次函數(shù) 9 解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義 彈簧彈力 熱點一實驗原理與實驗操作 例1在 探究彈力和彈簧伸長量的關系并測量彈簧的勁度系數(shù) 的實驗中 實驗裝置如圖S2 2甲所示 所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力 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 每次測量相應的彈簧的總長度 圖S2 2 1 某同學通過以上實驗測量后把6組實驗數(shù)據(jù)描點在圖乙中 請作出F L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)該同學以上的實驗情況 幫他設計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格 不必填寫實驗測得的具體數(shù)據(jù) 4 該同學實驗時 把彈簧水平放置 與彈簧豎直懸掛相比較 優(yōu)點在于 缺點在于 答案 1 如圖所示 2 5 020 3 略 4 可以避免彈簧自身重力對實驗的影響彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦會造成實驗誤差 要點總結 1 實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多 以免彈簧被過分拉伸而超過彈簧的彈性限度 2 要使用輕質彈簧 且要盡量多測幾組數(shù)據(jù) 熱點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析 例2 2018 南平模擬 某實驗小組用如圖S2 3所示的裝置測量彈簧的勁度系數(shù)k 每當掛在彈簧下端的鉤碼 每個鉤碼質量均為m 50g 處于靜止狀態(tài)時 用刻度尺測出對應的彈簧長度L 彈簧始終在彈性限度內 列表記錄如下 圖S2 3 1 表格中第二組數(shù)據(jù)的彈簧長度如圖所示 則彈簧長度為cm 2 用所學知識盡量精確計算出每掛一個鉤碼彈簧伸長量 L cm 并由 F k L計算出彈簧的勁度系數(shù)k N m g取9 8m s2 結果保留三位有效數(shù)字 答案 1 11 60 2 1 4833 1 要點總結 1 圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的要點 1 以彈力F 大小等于所掛鉤碼的重力 為縱坐標 以彈簧的伸長量x為橫坐標 用描點法作圖 連接各點 得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線 2 以彈簧的伸長量為自變量 寫出曲線所代表的函數(shù) 首先嘗試一次函數(shù) 如果不行則考慮二次函數(shù) 3 得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關系 解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義 2 實驗數(shù)據(jù)處理的方法 1 列表法 將測得的F x填入設計好的表格中 可以發(fā)現(xiàn)彈力F與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內是相等的 2 圖像法 以彈簧伸長量x為橫坐標 彈力F為縱坐標 描出F x各組數(shù)據(jù)對應的點 作出的擬合曲線是一條過坐標原點的直線 3 函數(shù)法 彈力F與彈簧伸長量x滿足F kx的關系 1 2018 太原期末 在 探究彈力與彈簧伸長量的關系 的實驗中 在豎直懸掛的彈簧下面加掛鉤碼 使彈簧逐漸伸長 得到數(shù)據(jù)見下表 1 由表中數(shù)據(jù)在圖S2 4的坐標系中作出F x圖像 2 由圖線可知 彈力F與彈簧伸長量x的關系是 3 由圖線可求得彈簧的勁度系數(shù)k N m 圖S2 4 2 某同學要探究彈力和彈簧伸長的關系 并測量彈簧的勁度系數(shù)k 做法是 先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上 然后將毫米刻度尺豎直放在彈簧一側 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 指針指示的示數(shù)記作l0 彈簧下端每增加一個50g的砝碼時 指針示數(shù)分別記作l1 l2 l3 l4 l5 g取9 8m s2 1 下表記錄的是該同學測出的5個值 其中l(wèi)0未記錄 以砝碼的數(shù)目n為縱軸 以彈簧的長度l為橫軸 根據(jù)表格中的數(shù)據(jù) 在圖S2 5的坐標紙中作出n l圖線 圖S2 5 2 根據(jù)n l圖線可知彈簧的勁度系數(shù)k N m 3 根據(jù)n l圖線可知彈簧的原長l0 cm 3 某同學利用如圖S2 6所示裝置來研究彈簧彈力與形變的關系 設計的實驗如下 A B是質量均為m0的小物塊 A B間用輕彈簧相連 A的上面通過輕繩繞過兩個定滑輪與一個輕質掛鉤相連 掛鉤上可以掛上不同質量的物體C 物塊B下放置一壓力傳感器 物體C右邊有一個豎直的直尺 可以測出掛鉤下移的距離 整個實驗中彈簧均處于彈性限度內 重力加速度g取9 8m s2 實驗操作如下 不懸掛物體C 讓系統(tǒng)保持靜止 確定掛鉤的位置O 并讀出壓力傳感器的示數(shù)F0 圖S2 6 每次掛上不同質量的物體C 用手托住 緩慢釋放 測出系統(tǒng)穩(wěn)定時掛鉤相對O點下移的距離x1 并讀出相應的壓力傳感器的示數(shù)F1 以壓力傳感器示數(shù)為縱軸 掛鉤下移的距離為橫軸 根據(jù)每次測量的數(shù)據(jù) 描點作出F x圖像如圖S2 7所示 由圖像可知 彈簧勁度系數(shù)k N m 圖S2 7 4 2018 四川聯(lián)考 某同學為研究橡皮筋伸長與所受拉力的關系 做了如下實驗 如圖S2 8所示 將白紙固定在制圖板上 橡皮筋一端固定在O點 另一端A系一小段輕繩 帶繩結 將制圖板豎直固定在鐵架臺上 將質量為m 100g的鉤碼掛在繩結上 靜止時描下橡皮筋下端點的位置A0 用水平力拉A點 使A點在新的位置靜止 描下此時橡皮筋下端點的位置A1 逐漸增大水平力 重復5次 圖S2 8 1 用如圖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(shù)據(jù)如下表所示 1 以x為橫坐標 F為縱坐標 在如圖的坐標紙上描繪出能夠正確反映彈力與伸長量關系的圖線 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 N m 2 如圖甲所示 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 1 實驗中還需要的測量工具是 2 如圖乙所示 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪圖 縱軸是鉤碼質量m 橫軸是彈簧的形變量x 由圖可知 圖線不過原點的原因是 彈簧的勁度系數(shù)k 結果保留2位有效數(shù)字 重力加速度g取9 8m s2 N m 3 如圖丙所示 實驗中用兩根不同的彈簧a和b 畫出彈簧彈力F與彈簧長度L的F L圖像 下列說法正確的是 填選項前的字母 A a的原長比b的大B a的勁度系數(shù)比b的大C a的勁度系數(shù)比b的小D 彈力與彈簧長度成正比 3 把兩根輕質彈簧連起來測量它們各自的勁度系數(shù) 如圖甲所示 1 未掛鉤碼之前 指針B指在刻度尺的位置如圖乙所示 記為cm 2 將質量為50g的鉤碼逐個掛在彈簧 的下端 逐次記錄兩彈簧各自的伸長量 所掛鉤碼的質量m與每根彈簧的伸長量x可描繪出如圖丙所示的圖像 由圖像可計算出彈簧 的勁度系數(shù)k2 N m 重力加速度g取9 8m s2 3 圖丙中 當彈簧 的伸長量超過17cm時其圖線為曲線 由此可知 掛上第個鉤碼時 拉力已經(jīng)超過它的彈性限度 這對測量彈簧 的勁度系數(shù) 選填 有 或 沒有 影響 已知彈簧 的彈性限度足夠大