2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第二單元相互作用物體的平衡實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案新人教版

1、實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究彈力和彈簧伸長的關(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)律實(shí)驗(yàn)原理1如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)伸長，平衡時(shí)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，并根據(jù)圖線特征擬合，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量間的關(guān)系實(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)紙等實(shí)驗(yàn)過程1根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖，將鐵架臺(tái)放在桌面上(固定好)，將彈簧的

2、一端固定于鐵架臺(tái)的橫梁上，在靠近彈簧處將刻度尺(分度值為1 mm)固定于鐵架臺(tái)上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直2記下彈簧下端不掛鉤碼所對應(yīng)的刻度l0，即彈簧的原長3在彈簧下端掛上鉤碼，待鉤碼靜止時(shí)測出彈簧的長度l，求出彈簧的伸長量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)，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)，將所測數(shù)據(jù)填寫在表格中記錄表：彈簧原長l0次數(shù)內(nèi)容123456拉力f/n彈簧總長/cm彈簧伸長/cm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隨彈簧伸長量x變化的圖線2以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表

3、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)(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)注意事項(xiàng)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，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測彈簧長度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測量，以免增大誤差4描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意

4、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l0、總長l及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位6坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中命題點(diǎn)1教材原型實(shí)驗(yàn) 如圖(a)，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；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置，簡化為圖中的指針現(xiàn)要測量圖(a)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)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm；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)，再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為_cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧

5、的勁度系數(shù)為_n/m(保留3位有效數(shù)字)【解析】標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度，精確度為0.05 mm，游標(biāo)的第15個(gè)刻度與主尺刻度對齊，則讀數(shù)為37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm.放入砝碼后，彈簧伸長的長度x(3.7751.950) cm1.825 cm，由胡克定律知，mgkx，所以勁度系數(shù)k n/m53.7 n/m.【答案】3.77553.7高分技法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法(1)列表法：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f與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的(2)圖象法：以彈簧伸長量x為橫坐標(biāo)，彈力f為縱坐標(biāo)，描出f、x各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)，作出的擬合曲線是一條過

6、坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(3)函數(shù)法：彈力f與彈簧伸長量x滿足fkx的關(guān)系1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(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)，彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在豎直方向(填“水平”或“豎直”)(2)彈簧自然懸掛，待彈簧穩(wěn)定時(shí)，長度記為l0，彈簧下端掛上砝碼盤時(shí)，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l0lxl1l2l3l4l5l6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為l3.由表可知所用刻度尺的最小分度值為1_mm.(3)如圖是該同學(xué)根據(jù)表

7、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lx的差值(填“l(fā)0”或“l(fā)x”)(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為4.9 n/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為10 g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 m/s2)解析：(1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)，彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在豎直方向；(2)題表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范，刻度尺的最小分度值為1 mm，所以長度l3應(yīng)為33.40 cm；(3)在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，所以彈簧的形變量應(yīng)該是彈簧長度與lx的差值；(4)充分利用測量數(shù)據(jù)k4.9 n/m，通過題圖和表可知l025.35 cm、lx27.35 cm，所以砝碼盤

8、的質(zhì)量為m10 g.命題點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新題型1實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)新 某同學(xué)利用如圖所示裝置來研究彈簧彈力與形變的關(guān)系，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如下：a、b是質(zhì)量均為m0的小物塊，a、b間用輕彈簧相連，a的上面通過輕繩繞過兩個(gè)定滑輪與一個(gè)輕質(zhì)掛鉤相連，掛鉤上可以掛上不同質(zhì)量的物體c，物塊b下放置一壓力傳感器物體c右邊有一個(gè)豎直的直尺，可以測出掛鉤下移的距離整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi)，重力加速度g取9.8 m/s2.實(shí)驗(yàn)操作如下：不懸掛物體c，讓系統(tǒng)保持靜止，確定掛鉤的位置o，并讀出壓力傳感器的示數(shù)f0；每次掛上不同質(zhì)量的物體c，用手托住，緩慢釋放，測出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)掛鉤相對o點(diǎn)下移的距離x1，并讀出相應(yīng)的壓力傳感器的

9、示數(shù)f1；以壓力傳感器示數(shù)為縱軸，掛鉤下移的距離為橫軸，根據(jù)每次測量的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作出fx圖象如圖所示由圖象可知，彈簧勁度系數(shù)k_n/m.【解析】對物塊b，由平衡條件得fkm0g，則f2m0gkx.圖象的斜率的絕對值表示彈簧的勁度系數(shù)，故k98 n/m.【答案】98題型2實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新 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fkx，k的值與橡皮筋未受到拉力時(shí)的長度l、橫截面積s有關(guān)，理論與實(shí)踐都表明ky，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(1)在國際單位制中，楊氏模量y的單位應(yīng)該是()anbmcn/mdpa(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖所示的實(shí)

10、驗(yàn)裝置可以測量出它的楊氏模量y的值首先利用測量工具a測得橡皮筋的長度l20.00 cm，利用測量工具b測得橡皮筋未受到拉力時(shí)的直徑d4.000 mm，那么測量工具a應(yīng)該是_，測量工具b應(yīng)該是_(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力f與伸長量x的實(shí)驗(yàn)記錄請作出fx圖象，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k_n/m.拉力f/n510152025伸長量x/cm1.63.24.76.48.0(4)這種橡皮筋的y值等于_【解析】(1)在彈性限度內(nèi)，彈力f與伸長量x成正比，fkx，由題意可知k，則fkxyx，解得楊氏模量y，各物理量取國際單位得楊氏模量的單位是n/m2pa，選項(xiàng)d正確(2)根據(jù)精確度判斷可知a為毫

11、米刻度尺，b為螺旋測微器(3)根據(jù)表格數(shù)據(jù)，描點(diǎn)、連線，可得fx圖象如圖所示根據(jù)斜率的物理意義表示勁度系數(shù)k，k3.1102 n/m.(4)根據(jù)y求得，y5106 pa.【答案】(1)d(2)毫米刻度尺螺旋測微器(3)圖見解析3.1102(4)5106 pa2某同學(xué)利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不相連彈簧處于原長時(shí)，小球恰好在桌面邊緣，如圖所示向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能回答下列問題：(1)本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢能ep與

12、小球拋出時(shí)的動(dòng)能ek相等已知重力加速度大小為g.為求得ek，至少需要測量下列物理量中的abc(填選項(xiàng)前的字母)a小球的質(zhì)量mb小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離sc桌面到地面的高度hd彈簧的壓縮量xe彈簧原長l0(2)用所選取的測量量和已知量表示ek，得ek.(3)下圖中的直線是實(shí)驗(yàn)測量得到的sx圖線從理論上可推出，如果h不變，m增加sx圖線的斜率會(huì)減小(填“增大”“減小”或“不變”)；如果m不變，h增加，sx圖線的斜率會(huì)增大(填“增大”“減小”或“不變”)由圖中給出的直線關(guān)系和ek的表達(dá)式可知，ep與x的二次方成正比解析：(1)小球離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)桌面到地面的高度為h，小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離為s，則有hgt2，sv0t，解得v0s，所