南方新高考高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題二 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件 新人教版

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1、實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量的定量關(guān)系(2)學(xué)會(huì)利用圖象研究?jī)蓚€(gè)物理量之間的關(guān)系的方法實(shí)驗(yàn)原理(1)如圖 S2-1 所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與鉤碼重力大小_圖 S2-1相等(2)用_測(cè)出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量x，建立坐標(biāo)系，以_表示彈力大小 F，以_表示彈簧的伸長(zhǎng)量 x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來(lái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探究彈力大小與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)實(shí)驗(yàn)器材輕質(zhì)彈簧(一根)、鉤碼(一盒)、刻度尺、鐵架臺(tái)、重垂線、坐標(biāo)紙、三角板等刻度尺實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)步驟(1

2、)如圖 S2-2 所示，將_放在桌面上(固定好)，將_ 的 一端 固定 在鐵 架臺(tái) 的橫 梁上 ，在接近彈簧處將_(最小分度為 1 mm )固定于鐵架臺(tái)上，并檢查刻度尺是否_鐵架臺(tái)彈簧刻度尺豎直圖 S2-2(2)記下彈簧下端_時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度 L0.(3)在彈簧下端掛上一個(gè)鉤碼，記下靜止時(shí)彈簧所對(duì)應(yīng)的刻度 L1.(4)用上面的方法，記下彈簧下端掛 2 個(gè)、 3 個(gè)、 4 個(gè)鉤碼時(shí)，彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度 L2 、 L3、 L4，并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中.不掛鉤碼鉤碼個(gè)數(shù)刻度伸長(zhǎng)量x彈力F0 L0001L1x1L1L0F12L2x2L2L0F23 L3x3L3L0F3 6L6x6L6L0F6數(shù)據(jù)處理

3、(1)用 xn_計(jì)算出彈簧掛 1 個(gè)、2 個(gè)、3 個(gè)鉤碼時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎?g，計(jì)算出所掛鉤碼的_，這個(gè)_就等于彈簧彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格LnL0(2)以伸長(zhǎng)量 x 為橫軸、彈力 F 為縱軸建立坐標(biāo)系，要注意標(biāo)上坐標(biāo)軸表示的物理量及單位(3) 在坐標(biāo)軸上選擇合適的標(biāo)度( 能使數(shù)據(jù)布滿整個(gè)坐標(biāo)系)，并將以上數(shù)據(jù)描點(diǎn)表示在圖象中，描點(diǎn)時(shí)要留下痕跡(4)將以上描點(diǎn)連線要讓盡可能多的點(diǎn)落在同一直線上，讓其余的點(diǎn)落在直線的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍棄(5)這就是彈簧彈力的 F-x 圖象，如果圖象在誤差范圍內(nèi)是一條_的直線，那么說(shuō)明彈簧彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比過(guò)原點(diǎn)總重力總重力實(shí)驗(yàn)分

4、析注意事項(xiàng)自然下垂用毫米刻度尺彈性限度彈力(1)由于彈簧有一定重量，將其自然懸掛時(shí)的長(zhǎng)度與平放時(shí)的長(zhǎng)度不一樣量取 L0 時(shí)，應(yīng)將彈簧一端固定在鐵架臺(tái)上的鐵夾上，讓其_，再_量得自然狀態(tài)下的原長(zhǎng)，否則圖象將不過(guò)原點(diǎn)(2) 只有在_ 內(nèi)，彈簧的_ 才與彈簧的_成正比所以在彈簧下掛鉤碼時(shí)，注意不要使彈簧所受拉力超過(guò)其_伸長(zhǎng)量彈性限度(3)若用作圖法研究彈簧的彈力與其伸長(zhǎng)量的關(guān)系，由于實(shí)驗(yàn)誤差，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描成的點(diǎn)不完全在一條直線上這時(shí)所作直線應(yīng)盡量多地通過(guò)這些點(diǎn)，并使不在直線上的點(diǎn)盡量均勻分布在所作直線的兩側(cè)明顯與其他相差很遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去(4)如果實(shí)驗(yàn)中不用彈簧的伸長(zhǎng)量而用彈簧的總長(zhǎng)，得到的圖象將_

5、根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊脧椈傻腳如果彈簧伸長(zhǎng)量的單位用米，彈力的單位用牛，則函數(shù)表達(dá)式中常數(shù) k 的單位是牛每米，即 N/m.不過(guò)原點(diǎn)伸長(zhǎng)量誤差分析(1)本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源為讀數(shù)和作圖時(shí)的偶然誤差(2)彈簧豎直懸掛時(shí)，未考慮彈簧自身重力的影響(3)為了減小誤差，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，也可以不測(cè)量彈簧的自然長(zhǎng)度，而以彈簧的總長(zhǎng)作為自變量，彈力為因變量，作出彈力隨彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系圖線這樣可避免因測(cè)彈簧的自然伸長(zhǎng)而帶來(lái)的誤差【基礎(chǔ)檢測(cè)】1(多選)如圖 S2-3 甲所示，一個(gè)彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時(shí)，在電腦上得

6、到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關(guān)系)圖象，如圖乙所示則下列判斷正確的是(圖 S2-3A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比B彈力增加量與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度成正比C該彈簧的勁度系數(shù)是 200 N/mD該彈簧受到反向壓力時(shí)，勁度系數(shù)不變解析：由圖象知，F(xiàn)-x 是一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的直線，k200.10N/m200 N/m，可知 A 錯(cuò)誤；彈力增加量與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度的增加量成正比，與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度不成正比，B 錯(cuò)誤答案：CD2(2015 年廣東陽(yáng)東一中、廣雅中學(xué)聯(lián)考)某同學(xué)利用如圖S2-4 甲裝置做“探究彈簧彈力大小與其長(zhǎng)度的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)圖 S2-4(1)在安裝刻度尺時(shí)，必須使刻度尺保持_狀態(tài)(2)他通過(guò)實(shí)驗(yàn)

7、得到如圖乙所示的彈力大小 F 與彈簧長(zhǎng)度 x的關(guān)系圖象由此圖象可得該彈簧的原長(zhǎng) x0_cm，勁度系數(shù) k_N/m.(3)他又利用本實(shí)驗(yàn)原理把該彈簧做成一把彈簧測(cè)力計(jì)，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)上的示數(shù)如圖丙所示時(shí)，該彈簧的長(zhǎng)度 x _cm.答案：(1)豎直(2)450(3)10考點(diǎn)1 用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重點(diǎn)歸納在 F-x 圖象中，(1)圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)大小(2)圖象是過(guò)原點(diǎn)的一直線，若實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)方法不一樣，導(dǎo)致圖象與縱軸、橫軸有交點(diǎn)，應(yīng)具體分析交點(diǎn)所表示的物理意義 典例剖析例 1：(2014 年新課標(biāo)卷)某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù) k 與其長(zhǎng)度(圈數(shù))的關(guān)系實(shí)驗(yàn)裝置如圖 S2-5 所示：一

8、均勻長(zhǎng)彈簧豎直懸掛，7 個(gè)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(guò)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(shí)，各指針的位置記為 x0 ；掛有質(zhì)量為0.100 kg 的砝碼時(shí)，各指針的位置記為 x.測(cè)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)，重力加速度 g 取 9.80 m/s2)已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為 60，整個(gè)彈簧的自由長(zhǎng)度為 11.88cm.(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整：_；_.圖 S2-5項(xiàng)目P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.051

9、0.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)16356.043.633.828.8 (m/N)0.00610.01790.02290.02960.03471k圖 S2-6(3)圖 S2-6 中畫(huà)出的直線可近似認(rèn)為通過(guò)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(zhǎng)度l0(單位為m)的關(guān)系的表達(dá)式為k_N/m.【考點(diǎn)練透】1某物理興趣小組的同學(xué)在研究彈簧彈力的時(shí)候，測(cè)得彈力的大小 F 和彈簧長(zhǎng)度 l 的關(guān)系如圖 S2-7

10、 所示，則由圖線可知：圖 S2-7(1)彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)(2)為了用彈簧測(cè)定兩木塊 A 和 B 間的動(dòng)摩擦因數(shù)，兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如圖 S2-8 所示的甲、乙兩種方案甲乙圖 S2-8為了用某一彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)表示 A 和 B 之間的滑動(dòng)摩擦力的大小，你認(rèn)為方案_更合理若 A 和 B 的重力分別為 10.0 N 和 20.0 N當(dāng) A 被拉動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì) a 的示數(shù)為 6.0 N，b 的示數(shù)為 11.0 N，c 的示數(shù)為 4.0 N，則 A 和 B 間的動(dòng)摩擦因數(shù)為_(kāi)答案：(1)300 N/m(2) 甲 0.32(2015 年山東臨沂模擬)如圖 S2-9 甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)已知質(zhì)量

11、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(zhǎng)量的關(guān)系甲乙圖 S2-9(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(cè)量的物理量有：_.(3)圖乙是彈簧彈力 F 與彈簧伸長(zhǎng)量 x 的 F-x 圖象，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)N/m.(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(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)B記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度 l0.C將鐵架臺(tái)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(gè)、2 個(gè)、3 個(gè)、4 個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)應(yīng)

12、的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼E以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量，寫(xiě)出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式首先嘗試寫(xiě)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(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái)：_.答案：(1)刻度尺(2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)(3)200(3)CBDAEFG 或 CBDGAEF考點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)誤差分析本實(shí)驗(yàn)的誤差主要來(lái)源于：彈簧拉力大小的不穩(wěn)定、彈簧長(zhǎng)度的測(cè)量和作圖 重點(diǎn)歸納典例剖析例 2：某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)先把彈簧放在水平桌面上使其自然伸長(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)為 L0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，然后用鉤

13、碼掛在彈簧下端，測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度為 L，把 LL0 作為彈簧的伸長(zhǎng)量 x1，改變鉤碼個(gè)數(shù)重復(fù)操作由于彈簧自身重力的影響，最后作出的 F-x 圖象，可能是下圖中的()ABCD解析：先把彈簧放在光滑水平桌面上使其自然伸長(zhǎng)，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，在沒(méi)施加拉力時(shí)，由于彈簧自身重力的影響彈簧長(zhǎng)度就大于自然長(zhǎng)度，即 F-t 圖象橫軸有截距故C 正確答案：C均值xi (x加ix減i)的數(shù)據(jù)如下表：(下標(biāo) i 表示掛在繩下端鉤【考點(diǎn)練透】3在“探究彈簧彈力大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)選用不同的橡皮繩代替彈簧，為測(cè)量橡皮繩的勁度系數(shù)，他們?cè)谙鹌だK下端依次逐個(gè)掛上鉤碼(每個(gè)鉤碼的質(zhì)量均為 m0.1

14、kg，取 g10 m/s2)，并記錄繩下端的坐標(biāo) x加i，然后逐個(gè)拿下鉤碼，同樣記錄繩下端的坐標(biāo) x減i，繩下端坐標(biāo)的平碼個(gè)數(shù))12掛在橡皮繩下端的鉤碼個(gè)數(shù)橡皮繩下端的坐標(biāo)(xi/mm)甲乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮繩的 x加i_x減i (填“大于”或“小于”)(2)_ 同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實(shí)驗(yàn)要求(填 “ 甲 ” 或“乙”)(3)選擇一組數(shù)據(jù)用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數(shù)k(N/m)(4)為了更好地測(cè)量勁度系數(shù)，在選用鉤碼時(shí)需考慮的因素有哪些？答案：(1)小于(2)乙(3)取乙

15、同學(xué)的數(shù)據(jù)作圖，如圖 D12 所示圖 D12由圖可得：k58 N/m.(4)選用鉤碼的質(zhì)量不能過(guò)大，否則很容易超出橡皮繩的彈性限度，質(zhì)量也不能過(guò)小，否則橡皮繩的形變量很小，測(cè)量誤差大4某實(shí)驗(yàn)小組在探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系時(shí)，先把彈簧平放在桌面上，用刻度尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng) L04.6 cm，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，在下端掛鉤碼，每增加一個(gè)鉤碼均記下對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度 x，數(shù)據(jù)記錄如下表所示.鉤碼個(gè)數(shù)12345彈力F/N1.02.03.04.05.0彈簧長(zhǎng)度x/cm7.09.011.013.015.0圖 S2-10(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖 S2-10 中作出 F-x 圖線(2)由此圖線可得，該彈簧勁度系數(shù) k_N/m.(3)圖線與 x 軸的交點(diǎn)坐標(biāo)大于 L0 的原因是_答案：(1)如圖 D13 所示圖 D13(2)50(3)彈簧自身重力的影響