《2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案(8頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)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(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.畫圖時描點及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差。熱點一教材原型實驗【例1】(2017蚌埠模擬)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)系實驗。圖1(1)實驗中還需要的測量工
2、具有:_。(2)如圖乙所示,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪圖,縱軸是鉤碼質(zhì)量m,橫軸是彈簧的形變量x。由圖可知:圖線不通過原點的原因是_;彈簧的勁度系數(shù)k_N/m(計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8 m/s2)。(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FL圖象,下列說法正確的是()A.a的原長比b的長 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解析(1)實驗需要測量彈簧伸長的長度,故需要毫米刻度尺。(2)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,則k4.9 N/m。由圖可知,當(dāng)F0時,x大于零,說明沒有掛重物時,彈
3、簧有伸長,是由于彈簧自身的重力造成的,故圖線不過原點的原因是彈簧有自重,實驗中沒有考慮(或忽略了)彈簧的自重。(3)在圖象中橫截距表示彈簧的原長,故b的原長比a的長,選項A錯誤;在圖象中斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k,故a的勁度系數(shù)比b的大,選項B正確,C錯誤;彈簧的彈力滿足胡克定律,彈力與彈簧的形變量成正比,故選項D錯誤。答案(1)毫米刻度尺(2)彈簧有重力4.9(3)B【變式訓(xùn)練1】(2017南岸區(qū)模擬)某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”時,將輕質(zhì)彈簧豎直懸掛,彈簧下端掛一個小盤,在小盤中增添砝碼,改變彈簧的彈力,通過旁邊豎直放置的刻度尺可以讀出彈簧末端指針的位置x,實驗得到了彈簧指針位置x
4、與小盤中砝碼質(zhì)量m的圖象如圖乙所示,g取10 m/s2?;卮鹣铝袉栴}:(1)某次測量如圖2甲所示,指針指示的刻度值為_cm(刻度尺單位為cm)。(2)從圖乙可求得該彈簧的勁度系數(shù)為_N/m(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。圖2(3)另一同學(xué)在做該實驗時有下列做法,其中正確的是()A.實驗中未考慮小盤的重力B.刻度尺零刻度未與彈簧上端對齊C.讀取指針指示的刻度值時,選擇彈簧指針上下運動最快的位置讀取D.在利用xm圖線計算彈簧的勁度系數(shù)時舍棄圖中曲線部分?jǐn)?shù)據(jù)解析(1)刻度尺的最小分度為0.1 cm,故讀數(shù)為18.00 cm。(2)由圖可知,可根據(jù)圖象的斜率的倒數(shù)計算彈簧的勁度系數(shù),故k N/m0.30 N
5、/m。(3)本實驗中可采用圖象進行處理,故小盤的重力可以不考慮,故選項A正確;讀數(shù)時刻度尺的零刻度應(yīng)與彈簧上端對齊,才能準(zhǔn)確測量,故選項B錯誤;在讀指針的示數(shù)時,應(yīng)讓彈簧指針靜止之后再讀取,故選項C錯誤;當(dāng)拉力超過彈性限度時,將變成曲線,不再符合胡克定律,故應(yīng)舍去,故選項D正確。答案(1)18.00(2)0.30(3)AD實驗數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)圖象法:根據(jù)測量數(shù)據(jù),在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點,以彈簧的彈力F為縱軸,彈簧的伸長量x為橫軸,根據(jù)描點的情況,作出一條經(jīng)過原點的直線。(2)列表法:將實驗數(shù)據(jù)填入表中,研究測量的數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)在實驗誤差允許的范圍內(nèi),彈力與彈簧伸長量的比值是一常數(shù)
6、。(3)函數(shù)法:根據(jù)實驗數(shù)據(jù),找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系。熱點二實驗拓展創(chuàng)新本實驗一般是在教材實驗原理的基礎(chǔ)上設(shè)計新情景進行考查,因此,要在教材實驗的基礎(chǔ)上注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng),善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。高考考情演變裝置時代化求解智能化1.彈力的獲得:彈簧豎直懸掛,重物的重力作為彈簧的拉力,存在彈簧自重的影響彈簧水平使用,重物的重力作為彈簧的拉力,消除了彈簧自身的影響。2.圖象的獲得:由坐標(biāo)紙作圖得Fx圖象由傳感器和計算機輸入數(shù)據(jù)直接得Fx圖象?!纠?】用如圖3所示的實驗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
7、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:圖3伸長量x/102 m2.004.006.008.0010.00彈力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x為橫坐標(biāo),F(xiàn)為縱坐標(biāo),在圖4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。圖4(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)75 N/m(7476 N/m均正確)【變式訓(xùn)練2】(2017商丘模擬)(1)某次研究彈簧所受彈力
8、F與彈簧長度L關(guān)系實驗時,得到如圖5 a所示的FL圖象,由圖象可知:彈簧原長L0_cm,求得彈簧的勁度系數(shù)k_N/m。圖5(2)按如圖b的方式掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G1 N),使(1)中研究的彈簧壓縮,穩(wěn)定后指針指示如圖b,則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為_cm。由此可推測圖b中所掛鉤碼的個數(shù)為_個。解析(1)由胡克定律Fk(LL0),結(jié)合題圖a中數(shù)據(jù)得L03.0 cm,k200 N/m。(2)由題圖b知指針?biāo)究潭葹?.50 cm,由Fk(L0L),可求得此時彈力為F3 N,故所掛鉤碼的個數(shù)為3個。答案(1)3.0200(2)1.5031.(2017南昌模擬)某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其
9、原長l0的關(guān)系實驗中,按示意圖6所示安裝好實驗裝置,讓刻度尺零刻度與輕質(zhì)彈簧上端平齊,在彈簧上安裝可移動的輕質(zhì)指針P,實驗時的主要步驟是:圖6將指針P移到刻度尺l015.00 cm 處,在彈簧掛鉤上掛上200 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛?;取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l0210.00 cm處,在彈簧掛鉤上掛上250 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛?;取下鉤碼,將指針P移到刻度尺l0315.00 cm處,在彈簧掛鉤上掛上50 g的鉤碼,靜止時讀出指針?biāo)缚潭炔⒂涗浵聛恚恢貜?fù)步驟,在每次重復(fù)時,都將指針P下移5.00 cm,同時保持掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量不變。將實驗所得數(shù)據(jù)記錄
10、、列表如下: 次數(shù)彈簧原長l0x/cm彈簧長度lx/cm鉤碼質(zhì)量mx/g15.007.23200210.0015.56250315.0016.6750420.0022.2350525.0030.5650根據(jù)實驗步驟和列表數(shù)據(jù),回答下列問題:(1)重力加速度g取10 m/s2。在實驗步驟中,彈簧的原長為15.00 cm時,其勁度系數(shù)為_N/m。(2)同一根彈簧的原長越長,彈簧的勁度系數(shù)_(彈簧處在彈性限度內(nèi))。A.不變 B.越大 C.越小解析(1)彈簧的原長為l0315.00 cm時,掛鉤上鉤碼的質(zhì)量為m350 g,所受拉力F3m3g0.5 N,彈簧長度l316.67 cm,彈簧伸長x3l3l0
11、31.67 cm。根據(jù)胡克定律,F(xiàn)3k3x3,解得k330 N/m。(2)彈簧的原長為l0525.00 cm時,掛鉤上鉤碼的質(zhì)量為m550 g,所受拉力F5m5g0.5 N,彈簧長度l530.56 cm,彈簧伸長x5l5l055.56 cm。根據(jù)胡克定律,F(xiàn)5k5x5,解得k59 N/m。由此可知,同一根彈簧的原長越長,彈簧的勁度系數(shù)越小,選項C正確。答案(1)30(2)C2.圖7甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關(guān)系的實驗情景。用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧,讀出不同拉力下的標(biāo)尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出)。所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中:拉力大小F/N0.4
12、50.690.931.141.441.69標(biāo)尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00圖7(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_cm;(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù),在圖丙坐標(biāo)紙上作出F與x的關(guān)系圖象;(3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)_N/m、彈簧的原長為_cm。(均保留三位有效數(shù)字)答案(1)63.60(63.5863.62)(2)如圖所示(3)24.8(24.625.0)55.2(55.155.3)3.某物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時候,測得彈力的大小F和彈簧長度L的關(guān)系如圖8所示 ,則由圖線可知:(1)彈簧的勁度系數(shù)為_。(2)為了用彈簧測定兩木塊A、B間的動摩擦
13、因數(shù),兩同學(xué)分別設(shè)計了如圖9所示的甲、乙兩種方案。為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示A和B之間的滑動摩擦力的大小,你認(rèn)為方案_更合理。甲方案中,若A和B的重力分別為10.0 N和20.0 N。當(dāng)A被拉動時,彈簧測力計a的示數(shù)為6.0 N,b的示數(shù)為11.0 N,則A、B間的動摩擦因數(shù)為_。解析(1)由題圖可知,當(dāng)彈力為F060 N,彈簧的伸長量x0LL020 cm0.2 m,由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)k N/m300 N/m。(2)甲、乙兩種方案,在拉著A運動的過程中,拉A的彈簧測力計由于在不斷地運動,示數(shù)可能會變化,讀數(shù)不準(zhǔn),甲方案中的a是不動的,指針穩(wěn)定,便于讀數(shù),甲方案更合理。a的拉力與A對B的滑動摩擦力f平衡,由于a示數(shù)為6.0 N,即fF6.0 N,A、B間的動摩擦因數(shù)0.3。答案(1)300 N/m(2)甲0.38