高考物理大一輪總復(fù)習(xí) 專題精講 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件

實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系01主干回顧固基礎(chǔ)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系2學(xué)會利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究物理規(guī)律【實(shí)驗(yàn)原理】1如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等2用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量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)表示彈簧的伸長量x，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測得的各組(x、F)對應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線連接起來，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)器材】鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線【實(shí)驗(yàn)步驟】1儀器的安裝如圖所示，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(最小分度為1 mm)固定于鐵架臺上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直2操作與記錄(1)記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0.(2)在彈簧下端掛上一個鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧下端所對應(yīng)的刻度L1.(3)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(yīng)的刻度L2、L3、L4、，并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中.鉤碼個數(shù)鉤碼個數(shù)長度長度伸長量伸長量x鉤碼質(zhì)量鉤碼質(zhì)量m彈力彈力F0L01L1x1L1L0m1F12L2x2L2L0m2F23L3x3L3L0m3F3 3數(shù)據(jù)處理及分析(1)用xnLnL0計(jì)算出彈簧掛1個、2個、3個鉤碼時彈簧的伸長量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎担?jì)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(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，最好以彈簧彈力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)(3)按照圖中各點(diǎn)的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)所畫的點(diǎn)不一定正好都在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同(4)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)得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義【誤差分析】1本實(shí)驗(yàn)的誤差來源之一是由彈簧拉力大小的不穩(wěn)定造成的，因此，使彈簧的懸掛端固定，另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對彈簧的拉力，可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度2彈簧長度的測量是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源，所以，應(yīng)盡量精確地測量彈簧的長度3在Fx圖象上描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確【注意事項(xiàng)】1每次增減鉤碼測量有關(guān)長度時，均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處于靜止?fàn)顟B(tài)，否則，彈簧彈力將可能與鉤碼重力不相等2彈簧下端增加鉤碼時，注意不要超過彈簧的限度3測量有關(guān)長度時，應(yīng)區(qū)別彈簧原長L0、實(shí)際總長L及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系 4建立平面直角坐標(biāo)系時，兩軸上單位長度所代表的量值要適當(dāng)，不可過大，也不可過小 5描線的原則是，盡量使各點(diǎn)落在描出的線上，少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線 6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 7坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中02典例突破知規(guī)律考點(diǎn)1對實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的考查 典例透析(1)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L 0，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LL0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圖中的()嘗試解答(1)AB (2)C(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x0，所以選C.變式訓(xùn)練(多選)在該實(shí)驗(yàn)中關(guān)于操作步驟“測量彈簧原長和豎直懸掛彈簧”的先后順序，下列說法正確的是()A先測量原長，后豎直懸掛B先豎直懸掛，后測量原長C先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果無影響D先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度取決于彈簧的自重解析：測量時由于所用彈簧不可避免受自身重力的影響，所以必須是先掛彈簧后測原長故B、D正確答案：BD考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 典例透析2012廣東高考某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)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(shù)據(jù)如下表：代表符號代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值數(shù)值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一個數(shù)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)下圖是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與_的差值(填“L0”或“Lx”)(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為_g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取9.8 m/s2)嘗試解答 (1)豎直 (2)靜止 L3 mm (3)Lx (4)4.9 10(1)本實(shí)驗(yàn)是利用重力與彈力平衡獲取若干數(shù)據(jù)，再利用圖象處理數(shù)據(jù)得到勁度系數(shù)的測量時，彈簧及刻度尺都要保持在豎直狀態(tài)；(2)讀數(shù)時，要等彈簧靜止時才能讀??；由記錄的值可知，刻度尺的最小分度為0.1 cm，但最小分度后還要估讀一位，故記錄L3是不符合規(guī)范的； 變式訓(xùn)練 某實(shí)驗(yàn)小組研究橡皮筋伸長與所受拉力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時，將原長約200 mm的橡皮筋上端固定，在豎直懸掛的橡皮筋下端逐一增掛鉤碼(質(zhì)量均為20 g)，每增掛一只鉤碼均記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量；當(dāng)掛上10只鉤碼后，再逐一把鉤碼取下，每取下一只鉤碼，也記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量根據(jù)測量數(shù)據(jù)，作出增掛鉤碼和減掛鉤碼時的橡皮筋伸長量l與拉力F關(guān)系的圖象如圖所示從圖象中可以得出_(填選項(xiàng)前的字母) A. 增掛鉤碼時l與F成正比，而減掛鉤碼時l與F不成正比 B. 當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時，增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量比減掛鉤碼時的大 C. 當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時，增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量與減掛鉤碼時的相等 D. 增掛鉤碼時所掛鉤碼數(shù)過多，導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度解析：根據(jù)題中圖象可以看出，當(dāng)所掛鉤碼個數(shù)相等時，增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量比減掛鉤碼時橡皮筋的伸長量要小，這說明增掛鉤碼時所掛鉤碼個數(shù)較多，導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度，減掛鉤碼時未恢復(fù)原長所致答案：D考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)原理的遷移與誤差分析 典例透析在“探究彈簧彈力大小與伸長量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)選用不同的橡皮繩代替彈簧，為測量橡皮繩的勁度系數(shù)，他們在橡皮繩下面依次逐個掛上鉤碼(每個鉤碼的質(zhì)量均為m0.1 kg，取g10 m/s2)，并記錄繩下端的坐標(biāo)x加i(下標(biāo)i表示掛在繩下端鉤碼個數(shù))然后逐個拿下鉤碼，同樣記錄繩下端的坐標(biāo)x減i，繩下端坐標(biāo)的平均值xi(x加ix減i)/2的數(shù)據(jù)如表：掛在橡皮繩下端掛在橡皮繩下端的鉤碼個數(shù)的鉤碼個數(shù)橡皮繩下端的坐標(biāo)橡皮繩下端的坐標(biāo)(xi/mm)甲甲乙乙1 216.5 216.5 2 246.7 232 3 284.0 246.5 4 335.0 264.2 5 394.5 281.3 6 462.0 301.0(1)同一橡皮繩的x加i_x減i(大于或小于)；(2)_同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實(shí)驗(yàn)要求(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)為了更好的測量勁度系數(shù)，在選用鉤碼時需考慮的因素有哪些？嘗試解答(1)小于(2)乙_(3)見解析(4)見解析(1)橡皮繩經(jīng)過拉伸后并不能完全恢復(fù)原長，所以掛同樣多鉤碼時有x加ix減i.(2)甲同學(xué)每加一個鉤碼，橡皮繩的形變量變化很大而乙同學(xué)每加一個鉤碼，橡皮繩的形變量基本保持不變，故乙同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實(shí)驗(yàn)要求(3)由所給數(shù)據(jù)得改變量如下表所示掛在橡皮繩下端的鉤碼個數(shù)掛在橡皮繩下端的鉤碼個數(shù)改變量改變量(xix1)/mm甲甲乙乙12 30.2 15.5 3 67.5 30.0 4 118.547.7 5 178.064.8 6 245.584.5 取乙同學(xué)的數(shù)據(jù)作圖，如圖由圖可得：k5770 N/m.(4)選用鉤碼的質(zhì)量不能過大，否則很容易超出橡皮繩的彈性限度，質(zhì)量也不能過小，否則橡皮繩的形變量很小，測量誤差大 變式訓(xùn)練 用金屬制成的線材(如鋼絲、鋼筋)受到拉力會伸長，17世紀(jì)英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)，金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)的伸長與拉力成正比，這就是著名的胡克定律這個發(fā)現(xiàn)為后人對材料的研究奠定了重要的基礎(chǔ)現(xiàn)有一根用新材料制成的金屬桿，長為4 m，橫截面積為0.8 cm2，設(shè)計(jì)要求它受到拉力后的伸長不超過原長的1/1000，由于這一拉力很大，桿又較長，直接測試有困難，就選用同種材料制成樣品進(jìn)行測試，通過測試取得如下數(shù)據(jù)：長度長度L/m拉力拉力F/N伸長量伸長量x/cm橫截面橫截面積積S/cm2250500750100010.050.040.080.120.1620.050.080.160.240.3230.050.120.240.360.4810.100.020.040.060.0810.200.010.020.030.04 (1)根據(jù)測試結(jié)果，推導(dǎo)出線材伸長量x與金屬桿的長度L、橫截面積S及拉力F的函數(shù)關(guān)系為_ (2)在尋找上述關(guān)系時，你運(yùn)用了哪種科學(xué)研究方法？ (3)通過對樣品的測試，求出新材料制成的金屬桿能承受的最大拉力約為_(2)本實(shí)驗(yàn)在研究F、L、S與x關(guān)系的過程中總有兩個物理量保持不變，從而得到另外兩個量之間的關(guān)系，即采用的研究方法為控制變量法