2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系學(xué)案 新人教版

實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第30頁(yè))一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系2學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究物理規(guī)律二、實(shí)驗(yàn)原理1如圖實(shí)­2­1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)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等圖實(shí)­2­12用刻度尺測(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量x，建立直角坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)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)得的各組數(shù)據(jù)(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，就可探知彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量間的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、毫米刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)、三角板、鉛筆、重垂線、坐標(biāo)紙等四、實(shí)驗(yàn)步驟1如圖實(shí)­2­2所示，將鐵架臺(tái)放在桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度尺(最小分度為1 mm)固定于鐵架臺(tái)上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直圖實(shí)­2­22記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0，即彈簧的原長(zhǎng)3在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時(shí)測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度l，求出彈簧的伸長(zhǎng)量x和所受的外力F(等于所掛鉤碼的重力)4改變所掛鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，將所測(cè)數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表格中五、數(shù)據(jù)處理1以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖，連接各點(diǎn)得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線2以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量，寫(xiě)出圖線所代表的函數(shù)表達(dá)式，并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義六、誤差分析1系統(tǒng)誤差：鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確和彈簧自身重力的影響造成系統(tǒng)誤差2偶然誤差：(1)彈簧長(zhǎng)度的測(cè)量造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)(2)作圖時(shí)的不規(guī)范造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫(huà)圖時(shí)要用細(xì)鉛筆作圖，所描各點(diǎn)盡量均勻分布在直線的兩側(cè)七、注意事項(xiàng)1所掛鉤碼不要過(guò)重，以免彈簧被過(guò)分拉伸，超出它的彈性限度，要注意觀察，適可而止2每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當(dāng)大一些，從而使坐標(biāo)點(diǎn)的間距盡可能大，這樣作出的圖線準(zhǔn)確度更高一些3測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)量，以免增大誤差4描點(diǎn)畫(huà)線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)5記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力、彈簧的原長(zhǎng)l0、總長(zhǎng)l及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位6坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書(shū)第31頁(yè))考點(diǎn)一| 實(shí)驗(yàn)原理與操作如圖實(shí)­2­3甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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(zhǎng)量的關(guān)系甲 乙圖實(shí)­2­3(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F­x圖線，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)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(4)CBDAEFG(1)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的是( ) A彈簧被拉伸時(shí)，所掛鉤碼越多，誤差越小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(cè)得的彈簧長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D用幾個(gè)不同的彈簧，分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量，得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)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(zhǎng)，用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0，再把彈簧豎直懸掛起來(lái)，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L，把LL0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫(huà)出的圖線可能是下列選項(xiàng)中的( ) A B C D(1)B(2)C(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目來(lái)改變對(duì)彈簧的拉力，以探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，并且保證拉力和重力平衡，應(yīng)選B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時(shí)，彈簧的伸長(zhǎng)量x>0，所以選C.考點(diǎn)二| 數(shù)據(jù)處理與誤差分析某學(xué)校物理學(xué)習(xí)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”(1)如圖實(shí)­2­4甲所示，將彈簧的上端O點(diǎn)固定懸吊在鐵架臺(tái)上，旁邊放置一刻度尺，刻度尺的零刻度線跟O點(diǎn)對(duì)齊，在彈簧的下部A處做一標(biāo)記，如固定一個(gè)指針在彈簧下端的掛鉤上掛上鉤碼(每個(gè)鉤碼的質(zhì)量都是50 g)，指針在刻度尺上指示的刻度為x.逐個(gè)增加所掛鉤碼的個(gè)數(shù)，刻度x隨掛鉤上的鉤碼的重力F的不同而發(fā)生變化，將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相應(yīng)F、x各點(diǎn)描繪在圖乙中請(qǐng)?jiān)趫D乙中描繪出x隨F變化的圖象由圖象得出彈簧的勁度系數(shù)kA_N/m(結(jié)果取兩位有效數(shù)字)；此彈簧的彈力大小F彈跟彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系是_甲 乙圖實(shí)­2­4(2)如果將指針固定在A點(diǎn)的下方P處，再作出x隨F變化的圖象，得出彈簧的勁度系數(shù)與kA相比，可能是_A大于kA B等于kAC小于kA D無(wú)法確定(3)如果將指針固定在A點(diǎn)的上方Q處，再作出x隨F變化的圖象，得出彈簧的勁度系數(shù)與kA相比，可能是_A大于kA B等于kAC小于kA D無(wú)法確定解析(1)如圖所示直線的斜率的倒數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù)，即k，代入數(shù)據(jù)得kA N/m32 N/m，所以彈簧的彈力大小F彈跟彈簧伸長(zhǎng)量x的函數(shù)關(guān)系是F彈32x.(2)如果將指針固定在A點(diǎn)下方P處，由于彈簧形變量均沒(méi)有變化，故再作出x隨F變化的圖象，得出彈簧的勁度系數(shù)不會(huì)發(fā)生變化，故選B.(3)如果將指針固定在A點(diǎn)的上方Q處，顯然測(cè)得的彈簧形變量小了，故得出的彈簧的勁度系數(shù)將變大，故選A.答案(1)如圖所示32F彈32x(2)B(3)A某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測(cè)量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來(lái)，在自由端掛上砝碼盤(pán)通過(guò)改變盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，測(cè)得6組砝碼的質(zhì)量和對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l，畫(huà)出m­l圖線，對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)出，如圖乙所示(重力加速度g取10 m/s2)(1)采用恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，計(jì)算得到該彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)N/m.(保留三位有效數(shù)字)(2)請(qǐng)你判斷該同學(xué)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與考慮砝碼盤(pán)的質(zhì)量相比，結(jié)果_(填“偏大”“偏小”或“相同”)解析(1)根據(jù)胡克定律有mgk(ll0)，即mgkl，故k3.44 N/m.(2)即使考慮砝碼盤(pán)質(zhì)量，得到的乙圖也是與原圖線平行的一條傾斜直線，斜率不變，不影響勁度系數(shù)的測(cè)量結(jié)果答案(1)3.44(2)相同考點(diǎn)三| 實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新視角1：實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新(如圖甲、乙、丙所示)甲 乙 丙視角2：數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新(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，消除了彈簧自重的影響(2)數(shù)據(jù)記錄：由傳感器和計(jì)算機(jī)相連記錄數(shù)據(jù)，避免人為讀數(shù)誤差，而且數(shù)據(jù)記錄更便捷(3)圖象的獲得：由坐標(biāo)紙作圖得F­x圖象由傳感器和計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)直接得F­x圖象創(chuàng)新點(diǎn)1用傳感器代替鉤碼測(cè)拉力1圖實(shí)­2­5甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長(zhǎng)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)情景用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺(tái)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/N0.450.690.931.141.441.69標(biāo)尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00圖實(shí)­2­5(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_(kāi) cm.(2)根據(jù)所測(cè)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)為_(kāi)N/m，彈簧的原長(zhǎng)為_(kāi)cm.(均保留三位有效數(shù)字) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370089】解析(1)由圖可知，刻度尺的最小分度值為0.1 cm，故讀數(shù)為63.60 cm.(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用描點(diǎn)法得出對(duì)應(yīng)的圖象如圖所示：(3)由胡克定律可知，圖象的斜率表示勁度系數(shù)，則可知k N/m25.0 N/m；圖象與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)為彈簧的原長(zhǎng)，則可知原長(zhǎng)為55.2 cm.答案(1)63.60(2)見(jiàn)解析(3)25.055.2創(chuàng)新點(diǎn)2水平放置彈簧代替豎直放置彈簧2. 在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)­2­6所示所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端，每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度圖實(shí)­2­6(1)有一個(gè)同學(xué)通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)在圖實(shí)­2­7坐標(biāo)紙中描點(diǎn)，請(qǐng)作出F­L圖線圖實(shí)­2­7(2)由此圖線可得出彈簧的原長(zhǎng)L0_ cm，勁度系數(shù)k_ N/m.(3)根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況，請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫(xiě)其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較優(yōu)點(diǎn)在于：_；缺點(diǎn)在于：_.解析(1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(lái)，如圖所示(2)彈簧的原長(zhǎng)L0即為彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，由圖象可知，L05×102 m5 cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k20 N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下：次數(shù)123456彈力F/N彈簧的長(zhǎng)度L/102m彈簧的伸長(zhǎng)量x/102m(4)優(yōu)點(diǎn)：避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響缺點(diǎn)：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差增大答案(1)見(jiàn)解析圖(2)520(3)見(jiàn)解析(4)避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差增大創(chuàng)新點(diǎn)3利用橡皮筋探究胡克定律3(1)橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)伸長(zhǎng)量x與彈力F成正比，即Fkx，用如圖實(shí)­2­8甲所示的裝置就可以測(cè)出橡皮筋的k值，下面的表格中記錄了橡皮筋受到的拉力F與伸長(zhǎng)量x的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)其中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄有錯(cuò)誤的是第_組在圖乙中作出F­x圖象，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k_N/m.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)實(shí)驗(yàn)小組12345拉力F(N)510152025伸長(zhǎng)量x(cm)1.63.24.86.48甲 乙圖實(shí)­2­8(2)不同橡皮筋的k值一般不同，k值通常與橡皮筋未受到拉力時(shí)的長(zhǎng)度L、橫截面積S有關(guān)，理論與實(shí)際都表明k，其中Y是一個(gè)由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)上稱之為楊氏模量在國(guó)際單位中，楊氏模量Y的單位應(yīng)該是_若實(shí)驗(yàn)(1)使用的橡皮筋未受拉力的長(zhǎng)度為L(zhǎng)20.00 cm，直徑D4.000 mm，則該橡皮筋的楊氏模量Y_(結(jié)果保留一位有效數(shù)字). 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370090】解析(1)測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)，由表格中的數(shù)據(jù)可知各數(shù)據(jù)都應(yīng)估讀到0.1 cm，故實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄有誤的是第5組由表格中的數(shù)據(jù)作出對(duì)應(yīng)的圖象利用圖象的斜率表示k值可得k3.1×102 N/m；(2)由k可得Y，故楊氏模量Y的單位應(yīng)該是Pa，代入數(shù)據(jù)可得：Y5×106 Pa.答案(1)5如圖所示3.1×102(2)Pa5×106 Pa隨堂訓(xùn)練1如圖實(shí)­2­9甲所示，一根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不正確的是( ) 圖實(shí)­2­9A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)度的增加量成正比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A由題圖乙知，F(xiàn)­x是一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的直線，k N/m200 N/m，可知選項(xiàng)A錯(cuò)，B、C、D正確2某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)圖實(shí)­2­10(1)圖實(shí)­2­10甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量l為_(kāi)cm；(2)本實(shí)驗(yàn)通過(guò)在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來(lái)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(duì)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(duì)應(yīng)的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長(zhǎng)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(1)彈簧伸長(zhǎng)后的總長(zhǎng)度為14.66 cm，則伸長(zhǎng)量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm.(2)逐一增掛鉤碼，便于有規(guī)律地描點(diǎn)作圖，也可避免因隨意增加鉤碼過(guò)多超過(guò)彈簧的彈性限度而損壞彈簧(3)AB段明顯偏離OA，伸長(zhǎng)量l不再與彈力F成正比，是超出彈簧的彈性限度造成的答案(1)6.93(2)A(3)彈簧受到的拉力超過(guò)了其彈性限度3某同學(xué)用如圖實(shí)­2­11甲所示裝置做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)他先測(cè)出不掛砝碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上砝碼，并逐個(gè)增加砝碼，測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g取10 m/s2)砝碼質(zhì)量m/(×102 g)01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/(×102 m)15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙(如圖乙所示)上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與砝碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線(2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在_N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿足胡克定律這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)N/m. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：84370091】甲 乙圖實(shí)­2­11解析(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)方格上描點(diǎn)，用平滑的曲線連接各點(diǎn)得到如圖所示的曲線(2)由圖可知，在05.0 N范圍內(nèi)x與m成直線關(guān)系，滿足胡克定律由mgkx可得，xm，對(duì)應(yīng)圖線可得：0.4，k25 N/m.答案 (1)見(jiàn)解析(2)05.02513