2021屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用實(shí)驗(yàn)探究彈簧形變與彈力的關(guān)系課件滬科版

1、實(shí)驗(yàn)探究彈簧形變與彈力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究彈簧形變與彈力的關(guān)系一、基本原理與操作一、基本原理與操作裝置及器材裝置及器材操作要領(lǐng)操作要領(lǐng) (1)豎直：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。豎直：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。(2)適當(dāng)：實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性適當(dāng)：實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性限度限度 。(3)數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。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)單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。(5)作圖：先描點(diǎn)，然后將這些點(diǎn)擬合成一條直線，不要畫

2、折線。作圖：先描點(diǎn)，然后將這些點(diǎn)擬合成一條直線，不要畫折線。二、數(shù)據(jù)處理二、數(shù)據(jù)處理1.列表法：列表法：將測得的將測得的f、x填入設(shè)計(jì)好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力填入設(shè)計(jì)好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力f與彈簧伸長量與彈簧伸長量x的比的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的。值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的。2.圖象法：圖象法：以彈簧伸長量以彈簧伸長量x為橫坐標(biāo)，彈力為橫坐標(biāo)，彈力f為縱坐標(biāo)，描出為縱坐標(biāo)，描出f、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn)，各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn)，作出的擬合直線，是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。作出的擬合直線，是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。3.函數(shù)法：函數(shù)法：彈力彈力f與彈簧伸長量與彈簧伸長量x滿足滿足fkx的關(guān)系。的關(guān)系。誤差分

3、析誤差分析(1)系統(tǒng)誤差系統(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。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)偶然誤差偶然誤差彈簧長度的測量造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。彈簧長度的測量造成偶然誤差，為了減小這種誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。作圖時(shí)的不規(guī)范易造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫圖時(shí)要用細(xì)鉛筆作圖，作圖時(shí)的不規(guī)范易造成偶然誤差，為了減小這種誤差，畫圖時(shí)要用細(xì)鉛筆作圖，所描直線通過盡可能多的點(diǎn)，不能落在直線上的各點(diǎn)盡量均勻分布在直線的兩側(cè)。所描直線通過盡可能多的點(diǎn)，不能落在直線上的各點(diǎn)盡量均勻分布在直線的兩側(cè)。教材原型實(shí)驗(yàn)教材原型實(shí)驗(yàn)【典例】【

4、典例】 如圖如圖1所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)質(zhì)量均為所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)質(zhì)量均為m的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長的關(guān)系。彈簧彈力與彈簧伸長的關(guān)系。圖圖1(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：_。(2)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.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；刻度尺；b.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，f)

5、對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；的曲線連接起來；c.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0；d.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關(guān)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù)，以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與伸長量的關(guān)系式，首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；如果不行，則考慮二次函數(shù)；e.依次在彈簧下端掛上依次在彈簧下端掛上1個(gè)、個(gè)、2個(gè)、個(gè)、3個(gè)、個(gè)、4個(gè)、個(gè)、鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧鉤碼，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；下端所對(duì)應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；f.解釋函

6、數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義；g.整理儀器。整理儀器。請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：a_fg。(3)某同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測試，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖某同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測試，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖2所所示圖象。則圖象上端成為曲線是因?yàn)槭緢D象。則圖象上端成為曲線是因?yàn)開，乙彈簧的勁度系數(shù)為，乙彈簧的勁度系數(shù)為_ n/m(結(jié)果保留結(jié)果保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)，若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測力計(jì)，應(yīng)，若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選彈簧選彈簧_(填填“甲甲”或或“乙乙”)。圖圖2

7、(4)從上述數(shù)據(jù)和圖線中分析，同學(xué)們對(duì)這個(gè)研究課題提出了一系列建議，其中有價(jià)從上述數(shù)據(jù)和圖線中分析，同學(xué)們對(duì)這個(gè)研究課題提出了一系列建議，其中有價(jià)值的是值的是 () a.實(shí)驗(yàn)中鉤碼不能掛太多，不能超出彈簧的彈性限度實(shí)驗(yàn)中鉤碼不能掛太多，不能超出彈簧的彈性限度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)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用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量d.用幾個(gè)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用幾個(gè)不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與

8、伸長量之比相等解析解析(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和伸長量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和伸長量。(2)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)楦鶕?jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)閏ebd。(4)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)通過增減鉤碼的數(shù)目來實(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)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對(duì)彈簧的拉力，以探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并且保證拉力和鉤碼重力平改變對(duì)彈簧的拉力，以探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并且保證拉力和鉤碼重力平衡，所以選項(xiàng)衡，所以選項(xiàng)a、b正確。正確。答案答案(1)刻度尺刻度尺(2)cebd(3)彈簧的

9、形變量超過其彈性限度彈簧的形變量超過其彈性限度200甲甲(4)ab實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新命題角度命題角度 實(shí)驗(yàn)情景的變化實(shí)驗(yàn)情景的變化 【例【例1】 (2018全國卷全國卷，22)如圖如圖3(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡化為圖中的指針?，F(xiàn)要測量圖能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡化為圖中的指針?，F(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁中彈簧的勁度系數(shù)，當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零

10、刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀度系數(shù)，當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為所示，其讀數(shù)為_ cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀?。?dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮槎却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為，此彈簧的勁度系數(shù)為_ n/m(保留保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)。圖圖3解析解析實(shí)驗(yàn)所用的游標(biāo)卡尺精度為實(shí)驗(yàn)所用的游標(biāo)卡尺精度為0.05 mm，游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第，游標(biāo)卡尺上游標(biāo)第1

11、5條刻度線與主尺條刻度線與主尺刻度線對(duì)齊，根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，圖刻度線對(duì)齊，根據(jù)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，圖(b)所示的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為所示的游標(biāo)卡尺讀數(shù)為3.7 cm150.05 mm3.7 cm0.075 cm3.775 cm。托盤中放有質(zhì)量為托盤中放有質(zhì)量為m0.100 kg的砝碼時(shí)，彈簧受到的拉力的砝碼時(shí)，彈簧受到的拉力fmg0.1009.8 n0.980 n，彈簧伸長，彈簧伸長x3.775 cm1.950 cm1.825 cm0.018 25 m，根據(jù)胡克定律，根據(jù)胡克定律，fkx，解得此彈簧的勁度系數(shù)，解得此彈簧的勁度系數(shù)kf/x53.7 n/m。答案答案3.77553.7【例【例2】

12、 (1)某次研究彈簧所受彈力某次研究彈簧所受彈力f與彈簧長度與彈簧長度l關(guān)系實(shí)關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到如圖驗(yàn)時(shí)，得到如圖4 a所示的所示的fl圖象，由圖象可知：彈圖象，由圖象可知：彈簧原長簧原長l0_cm，求得彈簧的勁度系數(shù)，求得彈簧的勁度系數(shù)k_n/m。命題角度命題角度 實(shí)驗(yàn)情景的拓展實(shí)驗(yàn)情景的拓展圖圖4(2)按如圖按如圖b的方式掛上鉤碼的方式掛上鉤碼(已知每個(gè)鉤碼重已知每個(gè)鉤碼重g1 n)，使，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖如圖b，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為_cm。由此可推測圖由此可推測圖b中所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為中所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為_個(gè)。

13、個(gè)。解析解析(1)由胡克定律由胡克定律fk(ll0)，結(jié)合題圖，結(jié)合題圖a中數(shù)據(jù)得中數(shù)據(jù)得l03.0 cm，k200 n/m。(2)由題圖由題圖b知指針?biāo)究潭葹橹羔標(biāo)究潭葹?.50 cm，由，由fk(l0l)，可求得此時(shí)彈力為，可求得此時(shí)彈力為f3 n，故所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為故所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為3個(gè)。個(gè)。答案答案(1)3.0200(2)1.503命題角度命題角度 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡淖兏鼘?shí)驗(yàn)?zāi)康牡淖兏纠纠?】 某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度與其長度(圈數(shù)圈數(shù))的關(guān)系。實(shí)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖驗(yàn)裝置如圖5所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個(gè)指針

14、個(gè)指針p0、p1、p2、p3、p4、p5、p6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)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，圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，p0指指向向0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時(shí)，各指針的位置記為刻度。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)量掛有質(zhì)量為為0.100 kg的砝碼時(shí)，各指針的位置記為的砝碼時(shí)，各指針的位置記為x。測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)。測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80 m/s2)。已知實(shí)。已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧的總?cè)?shù)為驗(yàn)所用彈簧的總?cè)?shù)為60，整個(gè)彈簧的自由長度為，整個(gè)彈簧的自由長度為11.88 cm。圖圖5圖圖6(3)圖中畫出的直線可近似認(rèn)為通過原點(diǎn)。若