高考物理一輪復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課課件2探究彈簧形變與彈力的關(guān)系(含解析)

實(shí)驗(yàn)課2

探究彈簧形變與彈力的關(guān)系-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究彈力和彈簧伸長的定量關(guān)系。2.學(xué)會利用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)原理

1.如圖所示,彈簧彈力(F)等于懸掛鉤碼的重力。2.彈簧伸長量(x)等于彈簧的現(xiàn)長(l)減去原長(l0)。3.多測幾組,找出F與x的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。-3-四、實(shí)驗(yàn)步驟1.如圖所示,將鐵架臺放在桌面上(固定好),彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上,讓其自然下垂,在靠近彈簧處將刻度尺(分度為1mm)固定于鐵架臺上,并用重垂線檢查刻度尺是否豎直。2.用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時(shí)的長度l0,即原長。3.在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時(shí)彈簧的長度l1,記錄m1和l1,填入自己設(shè)計(jì)的表格中。-4-4.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對應(yīng)的彈簧長度,記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長度l2、l3、l4、l5,并得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4、x5。-5-五、數(shù)據(jù)處理1.以彈力F為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo),建立坐標(biāo)系,選取合適的單位,用描點(diǎn)法作圖。用平滑的曲線連接各點(diǎn),得到彈力F隨彈簧伸長量x變化的關(guān)系圖像。2.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)等。3.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。-6-六、注意事項(xiàng)1.每次增減鉤碼測量有關(guān)長度時(shí),均需保證彈簧及鉤碼處于靜止?fàn)顟B(tài),否則,彈簧彈力有可能與鉤碼重力不相等。2.整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不要超過彈簧的彈性限度。3.測量有關(guān)長度時(shí),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(shí),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)落在線上,少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè),描出的線不應(yīng)是折線。-7-七、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:-8-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)原理與操作例1如圖甲所示,用鐵架臺、彈簧和多個(gè)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量的關(guān)系。(1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)驗(yàn)器材有

。

(2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有

。

(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖像,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。圖線不過原點(diǎn)的原因是

。-9-考向1考向2考向3(4)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F)對應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來;B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0;C.將鐵架臺固定于桌子上,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,分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對應(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);F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義;G.整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來:

。

-10-考向1考向2考向3解析

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要毫米刻度尺來測量彈簧原長和形變量;(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度);(3)取圖像中(0.5,0)和(3.5,6)兩個(gè)點(diǎn),代入F=kx可得k=200

N/m,由于彈簧的自重,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)镃BDAEFG。答案

(1)毫米刻度尺(2)彈簧原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度)(3)200

彈簧自重(4)CBDAEFG-11-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2如圖甲所示,用鐵架臺、彈簧和多個(gè)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量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。-12-考向1考向2考向3丙(1)如圖乙所示,根據(jù)實(shí)驗(yàn)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。由圖可知彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8m/s2)。

(2)如圖丙所示,實(shí)驗(yàn)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-13-考向1考向2考向3解析

(1)圖線的物理意義是表明彈簧的彈力大小和彈簧伸長量大小成正比,由圖可知,k==4.9

N/m。(2)在圖像中橫截距表示彈簧的原長,故b的原長比a的長,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;在圖像中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,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)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(xiàng)D錯(cuò)誤。答案

(1)4.9

(2)B-14-考向1考向2考向3方法總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的三種方法(1)圖像法:根據(jù)測量數(shù)據(jù),在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn),以彈簧的彈力F為縱軸,彈簧的伸長量x為橫軸,根據(jù)描點(diǎn)的情況,作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線。(2)列表法:將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中,研究測量的數(shù)據(jù),可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),彈力與彈簧伸長量的比值是一常數(shù)。(3)函數(shù)法:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系。-15-考向1考向2考向3實(shí)驗(yàn)探究拓展例3某實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,一均勻長彈簧豎直懸掛,7個(gè)指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6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,P0指向0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)量為0.100kg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)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(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個(gè)彈簧的自由長度為11.88cm。-16-考向1考向2考向3-17-考向1考向2考向3(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:

;

。

(2)以n為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo),在圖中給出的坐標(biāo)紙上畫出-n圖像。

(3)圖中畫出的直線可近似認(rèn)