步步高205一輪講義試驗(yàn)02探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)地關(guān)系

1、實(shí)用文檔實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系考綱解讀 1.學(xué)會(huì)用列表法、圖象法等處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).2.探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系.根本實(shí)驗(yàn)要求規(guī)律方法總結(jié)1.實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法彈簧受到拉力會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生(1)列表法的彈力和外力大小相等；彈簧的伸長(zhǎng)量將測(cè)得的 F、x 填入設(shè)計(jì)好的表格中,可以發(fā)現(xiàn)越大,彈力也就越大.彈力 F 與彈簧伸長(zhǎng)量 x 的比值在誤差允許范圍2.實(shí)驗(yàn)器材內(nèi)是相等的.鐵架臺(tái)、彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙.(2)圖象法3.實(shí)驗(yàn)步驟以彈簧伸長(zhǎng)量 x 為橫坐標(biāo),彈力 F 為縱坐標(biāo),(1)安裝實(shí)驗(yàn)儀器(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)原理圖).描出 F、x 各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn),作出的擬合曲線,(2)測(cè)量彈

2、簧的伸長(zhǎng)量(或總長(zhǎng))及所受的是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線.拉力(或所掛鉤碼的質(zhì)量),列表作出記函數(shù)法錄,要盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù).彈力 F 與彈簧彳申長(zhǎng)量 x 滿足 Fkx 的關(guān)系.(3)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn),以力2.注息事項(xiàng)為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo).(1)不要超過(guò)彈性限度：實(shí)驗(yàn)中彈簫下端掛的鉤(4)根據(jù)在圖中所繪點(diǎn)的分布與走向,嘗碼不要太多,以免彈簧被過(guò)分拉伸,超過(guò)彈簧的試作出一條平滑的曲線(包括直線),所彈性限度.畫(huà)的點(diǎn)不一定正好在這條曲線上,但要(2)盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧,且要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同.盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù).標(biāo)準(zhǔn)文案根底回放要點(diǎn)整合回憶實(shí)臉根本要求掌握數(shù)據(jù)

3、處理技巧和方法實(shí)用文檔(5)以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量,寫(xiě)出曲線所代表的函數(shù),首先嘗試一次函數(shù),如果不行再考慮二次函數(shù).(3)觀察所描點(diǎn)的走向： 本實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)前并不知道其規(guī)律,所以描點(diǎn)以后所作的曲線是試探性的,只是在分析了點(diǎn)的分布和走向以后才決定用直線來(lái)連接這些點(diǎn).(4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位.3.誤差分析(1)鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差.(2)畫(huà)圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來(lái)誤差.課堂探究,考點(diǎn)突破考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析例 1 如圖 1 甲所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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.圖

4、1(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：.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N/m.圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是由于為完成該實(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)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 10；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)彈簧下標(biāo)準(zhǔn)文案先做后聽(tīng)共同探究規(guī)律方法012345012345HemH

5、em甲乙實(shí)用文檔端所對(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,那么考慮二次函數(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)：.解析1根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來(lái)測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量；2根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度；3取圖象中0.5,0和3.5,6兩個(gè)點(diǎn),代入 F=kx 可得 k=200N/m,由于彈簧自重的原因,使得彈簧不加外力時(shí)就有形變量.4根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)?CBDAE

6、FG.答案1刻度尺2彈簧原長(zhǎng)、彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度3200 彈簧自身存在重力4CBDAEFG考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)處理例 22022 廣東 342某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系.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)在方向填“水平或“豎直.彈簧自然懸掛,待彈簧時(shí),長(zhǎng)度記為 L.； 彈簧下端掛上祛碼盤(pán)時(shí),長(zhǎng)度記為 Lx； 在祛碼盤(pán)中每次增加 10g祛碼,彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)I至 L6,數(shù)據(jù)如下表：代表符號(hào)L0LxLIL2L3L4L5L6數(shù)彳 K(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個(gè)

7、數(shù)值記錄不標(biāo)準(zhǔn),代表符號(hào)為.由表可知所用刻度尺的最小分度為圖 2 為該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖,縱軸是祛碼的質(zhì)量,橫軸是彈簧長(zhǎng)度與g結(jié)果保存兩位有效數(shù)字,重力加速度取 9.8m/s2.由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為N/m;通過(guò)圖和表可知祛碼盤(pán)的質(zhì)量為的差值填“L.或Lx標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔解析懸掛法測(cè)量彈簧的彈力時(shí),彈簧軸線和刻度尺應(yīng)在豎直方向上,當(dāng)彈簧靜止時(shí),讀出彈簧的原長(zhǎng),此時(shí)誤差較??；表中數(shù)據(jù) L3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同,所以數(shù)據(jù) L3不標(biāo)準(zhǔn),由表格中的數(shù)據(jù)可知刻度尺的最小刻度為 1mm；圖象經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn),縱軸是祛碼的質(zhì)量,那么橫軸為與所掛祛碼質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的彈簧的伸長(zhǎng)量,所以橫軸是彈簧長(zhǎng)度與 Lx的差

8、值.由圖象知,彈簧的勁度系數(shù)為卜=半=6010乂 IN/m=4.9Ax12X10kLxL0N/m,祛碼盤(pán)的質(zhì)重 m=10.01kg=10g.g答案豎直靜止 L31mmLx4.910創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例 3 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 3 所示.所掛鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右的恒定拉力.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 3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)描點(diǎn)在坐標(biāo)系圖 4 中,請(qǐng)作出 FL 圖線.圖 4(2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng) L0=cm,勁度系數(shù) k=N/m.

9、(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實(shí)驗(yàn)情況,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)).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擬,優(yōu)點(diǎn)在于：缺點(diǎn)在于：解析(1)F-L 圖線如下圖：TTTT!-:一Lt.Lt.1LJ.1rL1rL二卜I-JL4.ILj.-卜kj.JLi一一I-lili , ,M M1rl.tart1rl.tartMHF工+F+rII+Ftl.TdTI+ETnrITmrTITfTJIT工r-Lu-irhLIu-irhLIrfrrfrLIrL.LIrL.王十H士士F4F4, ,FJiFJi-imT-imT+IT+IT* *JkTJkT* *JfcTJfcT1LV

10、+1LV+T Tg g! !jjLILIr rLITLITV-V-44r rJ JL卜rLrL卜F FLLILLIrlLIrlLI匚卜LLLL匚卜-二-rlm-rrlm-rirt1irt1mftmft/1=!/1=!-81-814 4JHnJHn -k-J.4,J.4,U-ii-U-ii-1-41-4-ii-1-.iL.k-ii-1-.iL.kJ JJ J_u_ud-4Td-4T+HM+M4H忖卜H+HdH+Hdr rriri-i-i-r-r-i-i-r-r-r-ri-ri-rT T- -I I- -T T- -r rT Tnt-r-rnt-r-rT Tr r-r-r-r rT T- -r-r

11、r-r- -T T- -T T- -I I卜H H七卜卜班士卜任十卜也“十卜也一T T1 1T Tr,r-r,r-rT-|-Tl-TrT-|-Tl-TFTTFTT1r_TT11r_TT1-LT-LTT T1 1h h4-4- -1-4-1-4喈*i*-i-t-i-t-b*b*4+i4+id d+ +iT-f+TiT-f+T.LJ.J.LJ.J-J-LJ.J-LJ.J-L.LJ.J-L.LJ.J-P.LXJ-P.LXL,J-L,L1JL,J-L,L1JI II II IB BIlliIlliI II IITITI II II Ii ilIlIlIlII IIIII-4-4-i+i+ +Tt-Tt

12、-尸+HlHlT T-t-t-+-+f f-1-*-1-*+ +*I*II.*.I.*.iIIIIII.|,iIIIIII.|,1 15 510-152010-152025MKlO-25MKlO-3 3m)m)(2)彈簧的原長(zhǎng) L0即彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度,由圖象可知,L0=5X102m=5cm.勁度系數(shù)為圖象直線局部的斜率,k=20N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表次數(shù)123456彈力 F/N彈簧的長(zhǎng)度 L/(X102m)優(yōu)點(diǎn)是：可以防止彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響.缺點(diǎn)是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)誤差.答案(1)見(jiàn)解析圖(2)520(3)、(4)見(jiàn)解析學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)物理思想方法

13、8.用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖象法是一種重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法.圖象具有既能描述物理規(guī)律,又能直觀地反映物理過(guò)程、表示物理量之間定性定量關(guān)系及變化趨勢(shì)的優(yōu)點(diǎn).當(dāng)前高測(cè)試題對(duì)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析考查的頻率較高.多省高考題涉及了圖象的考查.作圖的規(guī)那么：(1)要在坐標(biāo)軸上標(biāo)明軸名、單位,恰當(dāng)?shù)剡x取縱軸、橫軸的標(biāo)度,并根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)適當(dāng)確定坐標(biāo)起點(diǎn),使所作出的圖象幾乎占滿整個(gè)坐標(biāo)圖紙.假設(shè)彈簧原長(zhǎng)較長(zhǎng),那么橫坐標(biāo)起點(diǎn)可以不從零開(kāi)始.(2)作圖線時(shí),盡可能使直線通過(guò)較多所描的點(diǎn),不在直線上的點(diǎn)也要盡可能對(duì)稱(chēng)分布在直線白兩側(cè)(假設(shè)有個(gè)別點(diǎn)偏離太遠(yuǎn),那么是因偶然誤差太大所致,應(yīng)舍去).(3)要注意坐標(biāo)軸代表的物理

14、量的意義,注意分析圖象的斜率、截距的意義.要理解斜率和截距的意義可以解決什么問(wèn)題.實(shí)用文檔2.02.0L6L6L2L20.80.804040 0例 4 某實(shí)驗(yàn)小組做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)時(shí),先把彈簧平放在桌面上,用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng) L0=4.6cm,再把彈簧豎直懸掛起來(lái),在下端掛鉤碼,每增加一只鉤碼均記下對(duì)應(yīng)的彈簧的長(zhǎng)度 x,數(shù)據(jù)記錄如下表所示.標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔(2)由此圖線可得,該彈簧勁度系數(shù) k=N/m；圖線與 x 軸的交點(diǎn)坐標(biāo)大于 L0的原因是.解析(1)用作圖法研究彈簧的彈力與其伸長(zhǎng)量的關(guān)系,由于實(shí)驗(yàn)誤差,依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出的點(diǎn)有時(shí)不會(huì)完全在一條直線上.這時(shí)所作直線應(yīng)

15、盡量多的通過(guò)這些點(diǎn),并使不在直線上的點(diǎn)盡量均勻分布在所作直線兩側(cè).明顯與其他的點(diǎn)相差很遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)該舍去.該題中所給出的數(shù)據(jù)恰好可以在一條直線上,所以直接描點(diǎn)由直尺作圖即可.(2)在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比.由 AF=kAx 得 k=3F,即圖線Z.AXZ.AX的斜率為彈簧的勁度系數(shù).由于彈簧有一定重量,將其自然懸掛時(shí)的長(zhǎng)度與平放時(shí)的長(zhǎng)度不一樣,平放時(shí)稍短一些.量取 Lo時(shí),應(yīng)將彈簧一端固定在鐵架臺(tái)上的鐵夾上,讓其自然下垂,再用毫米刻度尺量得其自然狀態(tài)下的原長(zhǎng).答案(1)如下圖(2)50(3)彈簧自身重力的影響鉤碼個(gè)數(shù)12345彈力 F/N1.02.03.04.05.0彈簧的長(zhǎng)度

16、 x/cm7.09.011.013.015.05 中作出 Fx 圖線;(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖隨堂練習(xí)水平達(dá)標(biāo)檢裳課堂效果提升解題水平圖 51 .如圖 6 甲所示,一個(gè)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.那么以下判斷正確的選項(xiàng)是()標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔A.彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比B.彈簧長(zhǎng)度的增加量與對(duì)應(yīng)的彈力增加量成正比C.該彈簧的勁度系數(shù)是 200N/mD.該彈簧受到反向壓力時(shí),勁度系數(shù)不變答案 BCD解析由題圖乙可知 F=kx,即彈簧的彈力和彈簧的形變量成正比,不與彈簧長(zhǎng)

17、度成正比,A 錯(cuò)誤.由 AF=kAx 可知,B 正確；由 k=F=1N/m=200N/m,C 正確；F-xx0.1圖線的斜率對(duì)應(yīng)彈簧的勁度系數(shù),x0 和 x0 時(shí)的斜率相同,故 D 正確.2 .為了探究彈簧彈力 F 與彈簧伸長(zhǎng)量 x 的關(guān)系,某同學(xué)選了 A、 B 兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪出如圖7所示的圖象,從圖象上看,該同學(xué)沒(méi)能完全按實(shí)驗(yàn)要求做,使圖象上端成為曲線,圖象上端成為曲線是由于.B 彈簧的勁度系數(shù)為.假設(shè)要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選彈簧填A(yù) 或 B.圖 7答案拉力過(guò)大,超過(guò)了彈簧的彈性限度 100N/mA解析在彈簧的彈性限度以?xún)?nèi),彈力與形變量是成正比的,

18、圖象上端出現(xiàn)彎曲是由于拉力過(guò)大,超過(guò)了彈簧的彈性限度.由胡克定律得 x=F,那么圖線斜率的倒數(shù)等于彈簧的k、一一 8N勁度系數(shù),k=-=100N/m.精確度局意味著相同拉力下形變量大,相同刻度線下最8cm小分度值小,故應(yīng)選用勁度系數(shù)小的彈簧標(biāo)準(zhǔn)文案A.甲圖 6實(shí)用文檔3 .我校同學(xué)們?cè)谘芯啃詫W(xué)習(xí)中,利用所學(xué)的知識(shí)解決了如下問(wèn)題：一輕彈簧豎直懸掛于深度為 h=25.0cm,且開(kāi)口向下的小筒中(沒(méi)有外力作用時(shí)彈簧白下局部位于筒內(nèi)),如圖 8甲所示,如果本實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)度測(cè)量工具只能測(cè)量出伸出筒的下端局部彈簧的長(zhǎng)度 1,現(xiàn)要測(cè)出彈簧的原長(zhǎng) I.和彈簧的勁度系數(shù),同學(xué)們通過(guò)改變 1 而測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈力 F,作

19、出 F-1的圖線如圖乙所示,那么彈簧的勁度系數(shù)為 k=N/m,彈簧的原長(zhǎng) 10=m.答案 1000.154 .為了測(cè)量某一彈簧的勁度系數(shù),將該彈簧豎直懸掛起來(lái),在自由端掛上不同質(zhì)量的祛碼.實(shí)驗(yàn)測(cè)出了祛碼質(zhì)量 m 與彈簧長(zhǎng)度 1 的相應(yīng)數(shù)據(jù),其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖 9 上標(biāo)出.(g=9.8m/s2)在圖 9 上作出 m1 的關(guān)系圖線;解析(1)如下圖一 3-,_,、一,一淅 2.5X10(2)根據(jù)圖象的斜率可以求得彈黃的勁度系數(shù)：Amg=kA1,那么 k=-gk=-g=180180_ _861086102X9.8N/m=0.261N/m在 0.258N/m0.266N/m 之間均正確(2)彈簧的勁度系數(shù)為N/m(結(jié)果保存三位有效數(shù)字).圖 95 .某同學(xué)利用彈簧測(cè)力計(jì)、小車(chē)、祛碼、鉤碼、木塊和帶有定滑輪的長(zhǎng)木板等器材探究滑標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔動(dòng)摩擦力 Ff 與正壓力FN之間的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖 10 所示.該同學(xué)主要的實(shí)驗(yàn)步驟如下：尸 147；,I-圖 10a.將一端帶有定滑輪的長(zhǎng)木板放在水平桌面上,在細(xì)繩一端掛適量的鉤碼,使其能夠帶動(dòng)小車(chē)向右運(yùn)動(dòng)；b.屢次改變木塊上祛碼的個(gè)數(shù),并記錄多組數(shù)據(jù)；c.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.請(qǐng)答復(fù)以下問(wèn)題：