2014高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第二章 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 新人教版必修1

1、實驗二　探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系,【實驗過程】1.如圖所示,將鐵架臺放在桌面上(固定好),將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上,在靠近彈簧處將刻度尺(最小分度為1mm)固定于鐵架臺上,并用重垂線檢查刻度尺是否豎直。,2.記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度l0,即彈簧的原長。3.在彈簧下端掛上鉤碼,待鉤碼靜止時測出彈簧的長度l,求出彈簧的伸長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)上述實驗,要盡量多

2、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=　　　cm。,5.以力為縱坐標,以彈簧的伸長為橫坐標,根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點。6.按照圖中各點的分布與走向,作出一條平滑的圖線。所畫的點不一定正好都在這條圖線上,但要注意使圖線兩側(cè)的點數(shù)大致相同。7.以彈簧的伸長為自變量,寫出圖線所代表的函數(shù)表達式,并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。,【誤差分析】1.彈簧豎直懸掛時,未考慮彈簧自身重力的影響造成系統(tǒng)誤差,為此要盡量選擇

3、質(zhì)量較小的彈簧。2.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)。3.作圖時的不規(guī)范造成偶然誤差,為了減小這種誤差,畫圖時要用細鉛筆作圖,所描各點盡量均勻分布在直線的兩側(cè)。,【注意事項】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)量差適當大一些,從而使坐標點的間距盡可能大,這樣作出的圖線準確度更高一些。3.測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定

4、狀態(tài)時測量,以免增大誤差。,4.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條直線上,但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。5.記錄實驗數(shù)據(jù)時要注意彈力、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.坐標軸的標度要適中。,【實驗改進】本實驗的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力,所以改進實驗的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧自身重力的影響:1.一個方案是將彈簧穿過一根水平光滑的杠桿,在水平方向做實驗。2.另一個方案是選擇勁度系數(shù)較小的輕彈簧,通

5、過減小讀數(shù)的相對誤差來提高實驗的精確度。,3.利用計算機及傳感器技術(shù),將彈簧水平放置,且一端固定在傳感器上,傳感器與計算機相連,對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時,計算機上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖像(如圖甲、乙所示),分析圖像得出結(jié)論。,熱點 1 實驗原理及實驗誤差的分析 【典例1】如圖甲所示,用鐵架臺、彈簧和多個已知質(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)為完成實驗,還需要的實

6、驗器材有:　　　　　。(2)實驗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圖線,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為　　　N/m。圖線不過原點是由于　 。,(4)為完成該實驗,設(shè)計的實驗步驟如下:A.以彈簧伸長量為橫坐標,以彈力為縱坐標,描出各組(x,F)對應(yīng)的點,并用平滑的曲線連接起來;B.記下彈簧不掛鉤碼時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

7、,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、2個、3個、4個…鉤碼,分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(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:　 。,【標準解答】(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量;

8、(2)根據(jù)實驗原理,實驗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)兩個點,代入ΔF=kΔx可得k=200N/m,由于彈簧自身的重力,使得彈簧不加外力時就有形變量。(4)根據(jù)完成實驗的合理性可知,先后順序為CBDAEFG。,答案:(1)刻度尺　(2)彈簧原長、彈簧所受外力及對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度)　(3)200　彈簧自身重力　(4)CBDAE

9、FG,熱點 2 實驗數(shù)據(jù)的處理 【典例2】(2012·廣東高考)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　　　(選填“水平”或“豎直”)方向。(2)彈簧自然懸掛,待彈簧　　時,長度記為L0;彈簧下端掛上砝碼盤時,長度記為Lx;在砝碼盤中每次增加10g砝碼,彈簧長度依次記為L1至L6,數(shù)據(jù)如表:,表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范,代表符號為　　　。由表

10、可知所用刻度尺的最小分度為　　　。(3)如圖是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖,縱軸是砝碼的質(zhì)量,橫軸是彈簧長度與　　(選填“L0”或“Lx”)的差值。,(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為　　N/m;通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為　　　　g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,重力加速度取9.8m/s2)?！緲藴式獯稹?1)測量彈簧的長度時應(yīng)在豎直方向。(2)測量儀器是10分度的,需要估讀到最小精度的下一位,則此刻度尺的最小精度應(yīng)為1mm,故L3讀數(shù)錯誤。

11、(3)橫軸表示的是彈簧的形變量,故為彈簧長度與Lx的差值。,(4)由mg=kx得圖像的斜率故k=4.9N/m,掛了砝碼盤后彈簧伸長了2cm,由mg=kx知其質(zhì)量為10g。答案:(1)豎直　(2)靜止　L3　1mm(3)Lx　(4)4.9　10,【雙基題組】1.(1)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中,以下說法正確的是(　　)A.彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度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

12、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D.用幾根不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得出拉力與伸長量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗,他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長,用直尺測出彈簧的原長L0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L,把L-L0作為彈簧的伸長量x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是(　　),【解析】(1)本實驗中應(yīng)以所研究的一根彈簧

13、為實驗對象,在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目,在豎直方向上改變對彈簧的拉力,來探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系,所以選A、B。(2)考慮彈簧自身重力的影響,當不掛鉤碼時,彈簧的伸長量x>0,所以選C。答案:(1)A、B　(2)C,2.某同學(xué)在做“研究彈簧的形變與外力的關(guān)系”實驗時,將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂,測出其自然長度;然后在其下部施加外力F,測出彈簧的總長度L,改變外力F的大小,測出幾組數(shù)據(jù),作出外力F與彈簧總長度L的關(guān)系圖

14、線如圖所示。(實驗過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進行的)由圖可知該彈簧的自然長度為　　　cm,該彈簧的勁度系數(shù)為　　　N/m。,【解析】當外力F=0時,彈簧的長度即原長為L0=10cm,圖線的斜率就是彈簧的勁度系數(shù),即答案:10　50,3.表中是某同學(xué)為“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實驗所測的幾組數(shù)據(jù):(1)請你在圖中的坐標紙上作出F-x圖線;,(2)寫出圖線所代表的函數(shù)式(x用m為單位):　 ;(3)寫出函數(shù)表達式中常

15、數(shù)的物理意義　 。(4)若彈簧的原長為40cm,并且以彈簧的總長度L為自變量,寫出函數(shù)表達式(以N和m為單位):　 。,【解析】(1)以彈簧的伸長量x為橫軸,以彈簧的彈力F為縱軸,將x軸每一小格取為1cm,F軸每一小格取為0.25N,將各點描到坐標紙上,并連成平滑的曲線,如圖所示。,(2)由圖像得F與x的函數(shù)關(guān)系式可寫為F=kx,而k=20N/m,故F=20x。(3)函數(shù)表達式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(或壓縮)1m

16、,其彈力增加20N。(4)彈簧伸長量x=(L-0.4)m,代入(2)中關(guān)系式得:F=20(L-0.4)。答案:(1)見解析　(2)F=20x　(3)彈簧每伸長(或壓縮)1m,其彈力增加20N　(4)F=20(L-0.4),【高考題組】4.(2011·安徽高考)為了測量某一彈簧的勁度系數(shù),將該彈簧豎直懸掛起來,在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼。實驗測出了砝碼的質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù),其對應(yīng)點已在圖上標出。(g=9.8m

17、/s2),(1)作出m-l的關(guān)系圖線;(2)彈簧的勁度系數(shù)為　　　　N/m。【解析】(1)如圖所示,讓直線通過盡可能多的點。,(2)從圖像中取兩相距較遠的點,利用 求出,k等于0.248N/m到0.262N/m之間某值。答案:(1)見解析(2)0.248～0.262之間的任一值均正確,5.(2010·福建高考)某實驗小組研究橡皮筋伸長與所受拉力的關(guān)系實驗時,將原長約200mm的橡皮筋上端固定,在豎直懸

18、掛的橡皮筋下端逐一增掛鉤碼(質(zhì)量均為20g),每增掛一只鉤碼均記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量;當掛上10只鉤碼后,再逐一把鉤碼取下,每取下一只鉤碼,也記下對應(yīng)的橡皮筋伸長量。根據(jù)測量數(shù)據(jù),作出增掛鉤碼和減掛鉤碼時的橡皮筋伸長量Δl與拉力F關(guān)系的圖像如圖所示。從圖像中可以得出　　　　　。(填選項前的字母),A.增掛鉤碼時Δl與F成正比,而減掛鉤碼時Δl與F不成正比B.當所掛鉤碼數(shù)相同時,增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量比減掛鉤碼時的大C.當

19、所掛鉤碼數(shù)相同時,增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量與減掛鉤碼時的相等D.增掛鉤碼時所掛鉤碼數(shù)過多,導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度【解析】選D。增掛鉤碼時圖線為曲線,Δl與F不成正比,故A不正確。當所掛鉤碼數(shù)相同時,即F相同時,由圖像可知增掛鉤碼時橡皮筋的伸長量比減掛鉤碼時的小。故B、C不正確。增掛鉤碼時所掛鉤碼數(shù)過多,將會超出橡皮筋的彈性限度,故D正確。,6.(2010·浙江高考)在“探究彈簧彈力大小與伸長量的關(guān)系”實驗中,甲、乙兩位同學(xué)

20、選用不同的橡皮繩代替彈簧。為測量橡皮繩的勁度系數(shù),他們在橡皮繩下端依次逐個掛上鉤碼(每個鉤碼的質(zhì)量均為m=0.1kg,取g=10m/s2),并記錄繩下端的坐標x加i(下標i表示掛在繩下端鉤碼個數(shù))。然后逐個拿下鉤碼,同樣記錄繩下端的坐標x減i,繩下端坐標的平均值xi= 的數(shù)據(jù)如表:,(1)同一標號橡皮繩的x加i　　　　x減i(選填“大于”或“小于”);(2)　　　　同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實驗要求(選填“甲”或“乙”)

21、;(3)選擇一組數(shù)據(jù)用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數(shù)k(N/m);(4)為了更好地測量勁度系數(shù),在選用鉤碼時需考慮的因素有哪些?,【解析】(1)因橡皮繩被拉伸后不是完全彈性形變,不可能恢復(fù)到原長,故x加i小于x減i。(2)乙同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實驗要求。橡皮繩長度的改變量如表所示,由表中數(shù)據(jù)知乙同學(xué)的數(shù)據(jù)中的改變量與增減的鉤碼數(shù)的正比例關(guān)系更明顯。,(3)由(2)中表格根據(jù)乙同學(xué)的數(shù)據(jù)作圖得由圖可得k乙=57～70N/m