2024屆高考物理總復(fù)習(xí)第一編實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系課件

第6講實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

把握經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案

一、基本原理與操作二、核心關(guān)鍵——數(shù)據(jù)處理圖像法根據(jù)測(cè)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(zhǎng)量x為橫軸，根據(jù)描點(diǎn)的情況，作出一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的直線。列表法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測(cè)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(zhǎng)量的比值不變。函數(shù)法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的函數(shù)關(guān)系。

融通多彩實(shí)驗(yàn)方案

魯科版新教材——探究彈簧彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系[要點(diǎn)解讀](1)刻度尺固定在鐵架臺(tái)上，刻度尺的零點(diǎn)與彈簧懸點(diǎn)并不對(duì)齊。(2)彈簧的伸長(zhǎng)量仍等于兩次彈簧長(zhǎng)度的讀數(shù)之差。

歸納共性實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵

1．不變的實(shí)驗(yàn)原理(1)都是利用平衡時(shí)彈簧彈力等于懸掛鉤碼的重力大小來(lái)得到彈簧彈力的大小，即F＝G。(2)都是利用刻度尺測(cè)量彈簧原長(zhǎng)l0和掛鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度l，利用x＝l－l0得出彈簧的形變量x。2．必備的實(shí)驗(yàn)器材

鐵架臺(tái)、刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)。3．通用的數(shù)據(jù)處理方法

以縱坐標(biāo)表示彈簧彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的形變量x，建立直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，得出F隨x變化的圖線。4．共同的注意事項(xiàng)(1)所掛鉤碼不要過(guò)重，不能超出彈簧的彈性限度。(2)測(cè)量彈簧的長(zhǎng)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(cè)量。(3)連線時(shí)要注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．如圖甲所示，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)彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)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(cè)量的物理量有：_____________________________________________。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的F-x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m。圖線不過(guò)原點(diǎn)是由于__________________________。(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(xiàn))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l0；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，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。

將以上步驟按操作的先后順序排列：______________________________。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)和伸長(zhǎng)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)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)。(3)取圖像中(0.5,0)和(3.5,6)兩個(gè)點(diǎn)，代入F＝kx解得k＝200N/m，由于彈簧自身的重力，使得彈簧不加外力時(shí)就有形變量。(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的合理性可知先后順序?yàn)镃、B、D、A、E、F、G。答案：(1)刻度尺(2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)

(3)200彈簧自身的重力(4)CBDAEFG[關(guān)鍵點(diǎn)撥](1)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，因所選取的坐標(biāo)軸不同，圖線特點(diǎn)也不同。如作F-x圖像，圖線為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，如作F-l(l為彈簧長(zhǎng)度)圖線，圖線為一條與l軸有交點(diǎn)的傾斜直線。(2)描點(diǎn)畫(huà)線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)。(3)本題中F-x圖線不過(guò)原點(diǎn)的原因是測(cè)量彈簧原長(zhǎng)時(shí)沒(méi)有將彈簧豎直懸掛在鐵架臺(tái)上?？疾辄c(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析2．(2021·廣東高考)某興趣小組測(cè)量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù)，

緩沖裝置如圖所示，固定在斜面上的透明有機(jī)玻璃管與水平面夾

角為30°，彈簧固定在有

機(jī)玻璃管底端。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：先沿管

軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個(gè)質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)一個(gè)鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)L0，數(shù)據(jù)如表所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量，進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09答案：(1)6.04

6.05

(2)3

(3)48.6二、創(chuàng)新考法不失分本實(shí)驗(yàn)一般是在教材實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新情境進(jìn)行考查，因此，要在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問(wèn)題。近幾年高考命題趨勢(shì)如下：裝置時(shí)代化操作智能化彈力的獲得：由彈簧豎直懸掛，重物的重力作為彈簧的拉力(存在彈簧自重的影響)?彈簧水平使用，重物的重力作為彈簧的拉力，消除了彈簧自重的影響。圖像的獲得：由坐標(biāo)紙作圖得F-x圖像?由傳感器和計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)直接得F-x圖像。續(xù)表創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新1．(1)某次研究彈簧彈力F與彈簧長(zhǎng)度x關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到如圖甲所示的F-x圖像。由圖像可知：彈簧原長(zhǎng)x0＝________cm，由此求得彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。(2)如圖乙所示毫米刻度尺水平放置，“0”刻度線上方固定一個(gè)有孔擋板，一條不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)線一端下面懸掛一個(gè)鉤碼，另一端跨過(guò)光滑定滑輪并穿過(guò)光滑小孔與(1)中研究的輕彈簧右端相連接，使其壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖乙所示，則指針?biāo)缚潭瘸呤緮?shù)為_(kāi)_______cm，由此可得鉤碼重為_(kāi)_______N。答案：(1)8

25

(2)1.00

1.752．圖甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)情景。用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺(tái)的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標(biāo)尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出)。所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中：拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69標(biāo)尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00(1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_(kāi)_______cm。(2)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，在圖丙坐標(biāo)紙上作出F與x的關(guān)系圖像。(3)由圖像求出該彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_______N/m，彈簧的原長(zhǎng)為_(kāi)_______cm。(均保留三位有效數(shù)字)答案：(1)63.60

(2)圖見(jiàn)解析(3)25.0

55.2創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新3．(2022·湖南高考)小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)查找資料，得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g；(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋，測(cè)量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長(zhǎng)度l，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號(hào)12345硬幣數(shù)量n/枚510152025長(zhǎng)度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖乙上描點(diǎn)，繪制圖線；(4)取出全部硬幣，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，穩(wěn)定后橡皮筋長(zhǎng)度的示數(shù)如圖丙所示，此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為_(kāi)_______cm；(5)由上述數(shù)據(jù)計(jì)算得冰墩墩玩具的質(zhì)量為_(kāi)_____g(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析：(3)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)描點(diǎn)連線，如圖所示。(4)由題圖可知刻度尺的分度值為1mm，故讀數(shù)l＝15.35cm。(5)設(shè)橡皮筋的勁度系數(shù)為k，原長(zhǎng)為x0，則n1mg＝k(l1－x0)，n2mg＝k(l2－x0)設(shè)冰墩墩的質(zhì)量為m1，則有m1g＝k(l－x0)聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)可得m1≈127g。答案：(3)見(jiàn)解析圖(4)15.35

(5)127創(chuàng)新角度(三)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新4．小李同學(xué)嘗試用電壓表量度彈簧的拉力。他設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置，其中MN是一條長(zhǎng)20cm、電阻為20Ω的均勻電阻絲。電阻不計(jì)的金屬?gòu)椈上露伺c滑動(dòng)接觸頭P相連，上端連有接線柱。將電阻絲固定在豎直位置，當(dāng)彈簧被拉長(zhǎng)時(shí)，P可沿MN自由的滑動(dòng)。直流電源的電動(dòng)勢(shì)