2019年高考物理總復習 第二章 相互作用 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 教科版.ppt

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實驗二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系 實驗基礎 核心探究 實驗基礎解讀實驗 萃取精華 注意事項1 對鉤碼的要求 1 所掛鉤碼不要過重 以免彈簧被過分拉伸 超出它的彈性限度 2 每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些 從而使坐標上描的點盡可能稀 這樣作出的圖線更精確 2 測量與記錄數(shù)據(jù) 1 測彈簧長度時 一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量 2 記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關(guān)系及單位 3 畫圖像描點畫線時 所描的點不一定都落在一條線上 但應注意一定要使盡可能多的點落在線上 其余各點均勻分布在線的兩側(cè) 誤差分析1 彈簧測力計本身不夠準確造成系統(tǒng)誤差 2 彈簧測力計讀數(shù)和作圖不準造成偶然誤差 核心探究通法悟道 拓寬思路 探究點一基礎性實驗 典例1 2018 安徽舒城檢測 在探究 彈力和彈簧伸長的關(guān)系 時 小明同學用如圖 甲 所示的實驗裝置進行實驗 將該彈簧豎直懸掛 在自由端掛上砝碼盤 通過改變盤中砝碼的質(zhì)量 用刻度尺測出彈簧對應的長度 測得實驗數(shù)據(jù)如下 1 小明同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上用描點法畫出x m圖像如圖 乙 所示 根據(jù)圖像他得出結(jié)論 彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系 而是一次函數(shù)關(guān)系 他結(jié)論錯誤的原因是 2 作出的圖線與坐標系縱軸有一截距 其物理意義是 該彈簧的勁度系數(shù)k N m 取g 10m s2 保留3位有效數(shù)字 解析 1 在x m圖像中 x表示彈簧的長度而不是彈簧的伸長量 故他得出彈簧彈力與彈簧伸長量不是正比例關(guān)系而是一次函數(shù)關(guān)系的錯誤結(jié)論 答案 1 x m圖像的縱坐標不是彈簧的伸長量 2 未加砝碼時彈簧的長度25 7 3 請你判斷該同學得到的實驗結(jié)果與考慮砝碼盤的質(zhì)量相比 結(jié)果 填 偏大 偏小 或 相同 解析 3 根據(jù)公式F k x計算出的勁度系數(shù) 與是否考慮砝碼盤的質(zhì)量沒有關(guān)系 故結(jié)果相同 答案 3 相同 方法技巧 1 在F x圖像中 無論x表示彈簧長度還是表示彈簧伸長量 圖線的斜率都表示彈簧的勁度系數(shù) 2 彈簧豎直懸掛時的原長l0 比水平放置時的原長l0要長 原因是由于彈簧自身重力的影響 題組沖關(guān) 1 為了探索彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 小明同學利用如圖 a 所示裝置 選了甲 乙兩根規(guī)格不同的彈簧進行測試 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在 填 水平 或 豎直 方向 2 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖 b 所示圖像 圖像不過坐標原點的原因是 圖像上端成曲線的原因是 解析 1 彈簧受砝碼豎直方向的拉力 所以測量彈簧的長度時 為減小誤差 彈簧軸線和刻度尺都應在豎直方向 2 由題圖看出 在不掛鉤碼的情況下兩彈簧均有2 10 2m的伸長量 說明兩彈簧重力不能忽略 在自身重力作用下有一定的伸長量 由胡克定律可知 在彈性限度內(nèi) 彈簧彈力的大小F與其伸長 或壓縮 的長度x成正比 因此 題圖中圖像上端成曲線說明彈簧已經(jīng)超出了彈性限度 答案 1 豎直 2 彈簧有自身重力已超過彈簧的彈性限度 3 若將重為2N的物體分別掛在兩彈簧的下端 則彈簧甲的伸長量為m 彈簧乙的伸長量為m 解析 3 由圖可知 當鉤碼重量為2N時 對應的縱坐標分別為5cm和3cm 所以彈簧甲的伸長量為5 10 2m 乙的伸長量為3 10 2m 答案 3 5 10 23 10 2 2 如圖 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長度的關(guān)系 1 實驗中還需要的測量工具有 解析 1 實驗中還需要的測量工具有 毫米刻度尺 答案 1 毫米刻度尺 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 乙 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)果保留兩位有效數(shù)字 重力加速度g取9 8m s2 答案 2 彈簧自身受重力4 9 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 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 3 在題圖 丙 中 橫截距表示彈簧的原長 故b的原長比a的長 故選項A錯誤 圖線的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 故選項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 3 B 探究點二創(chuàng)新性實驗 高考創(chuàng)新實驗例析 典例2 2014 全國 卷 23 某實驗小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度 圈數(shù) 的關(guān)系 實驗裝置如圖 a 所示 一均勻長彈簧豎直懸掛 7個指針P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6分別固定在彈簧上距懸點0 10 20 30 40 50 60圈處 通過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 設彈簧下端未掛重物時 各指針的位置記為x0 掛有質(zhì)量為0 100kg的砝碼時 各指針的位置記為x 測量結(jié)果及部分計算結(jié)果如下表所示 n為彈簧的圈數(shù) 取重力加速度為9 80m s2 已知實驗所用彈簧總?cè)?shù)為60 整個彈簧的自由長度為11 88cm 1 將表中數(shù)據(jù)補充完整 答案 1 81 70 0122 解析 2 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點 并用一條直線將這些點連接起來即可 如圖所示 答案 2 見解析 3 圖 b 中畫出的直線可近似認為通過原點 若從實驗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)系的表達式為k N m 該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0 單位為m 的關(guān)系的表達式為k N m 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗方案的創(chuàng)新 探究彈簧勁度系數(shù)與其長度 圈數(shù) 的關(guān)系 不考查操作 只考查思路和數(shù)據(jù)處理 模擬創(chuàng)新實驗沖關(guān) 1 2018 湖南益陽調(diào)研 彈簧的彈力與其形變量遵循胡克定律 其實橡皮筋也像彈簧一樣 在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成正比 即F kx 其中k是一個比例系數(shù) 類似于彈簧的勁度系數(shù) k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L 橫截面積S有關(guān) 理論與實驗都表明k 其中Y是由材料決定的常數(shù) 材料力學中稱之為楊氏模量 1 物理公式能夠反映物理量的單位關(guān)系 則在國際單位制中 楊氏模量Y的單位應該是 A NB mC N mD N m2 答案 1 D 2 有一段橫截面是圓形的橡皮筋 用螺旋測微器測量它的直徑如圖 甲 所示 則讀數(shù)為mm 3 通過實驗測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù) 并作出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖像如圖 乙 所示 圖像中圖線發(fā)生彎曲的原因是 解析 2 橡皮筋直徑d 2 5mm 0 01 4 4mm 2 544mm 3 圖像中圖線發(fā)生彎曲 說明橡皮筋受力超出其彈性限度 不再遵循伸長量x與彈力F成正比的規(guī)律 答案 2 2 544 3 橡皮筋受力超出其彈性限度 創(chuàng)新 改進點分析 1 實驗方案的創(chuàng)新 研究橡皮筋的彈力與伸長量x之間的關(guān)系 2 設問方式的創(chuàng)新 提出了影響橡皮筋的勁度系數(shù)的規(guī)律 借此考查單位制和螺旋測微器的讀數(shù)方法 2 2017 江西南昌一模 某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長l0的關(guān)系實驗中 按如圖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 將指針P移到刻度尺l01 5cm處 在彈簧掛鉤上掛上200g的鉤碼 靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來 取下鉤碼 將指針P移到刻度尺l02 10cm處 在彈簧掛鉤上掛上250g的鉤碼 靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來 取下鉤碼 將指針P移到刻度尺l03 15cm處 在彈簧掛鉤上掛上50g的鉤碼 靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來 重復進行 每次都將指針P下移5cm 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 列表如下 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10m s2 在次數(shù)3中 彈簧的原長為15cm時 其勁度系數(shù)k3 N m 答案 1 30 解析 1 彈簧的原長為l03 15cm時 掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量為50g 所受拉力F3 m3g 0 5N 彈簧長度l3 16 67cm 彈簧伸長x3 l3 l03 1 67cm 根據(jù)胡克定律F kx 解得k3 30N m 2 同一根彈簧所取原長越長 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D 無法確定 答案 2 C 解析 2 彈簧的原長為l05 25cm時 掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量為50g 所受拉力F5 m5g 0 5N 彈簧長度l5 30 56cm 彈簧伸長x5 l5 l05 5 56cm 根據(jù)胡克定律F kx 解得k5 9N m 由此可知 同一根彈簧所取原長越長 彈簧的勁度系數(shù)越小 選項C正確 創(chuàng)新 改進點分析 1 探究內(nèi)容創(chuàng)新 探究彈簧勁度系數(shù)與長度的關(guān)系 2實驗方法創(chuàng)新 同一彈簧中取不同長度 3 數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新 由測量數(shù)據(jù)尋求彈簧勁度系數(shù)隨長度的變化規(guī)律