2014高考物理第一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件 新人教版必修1

1、實(shí)驗(yàn)二　探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】1.如圖所示,將鐵架臺(tái)放在桌面上(固定好),將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)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(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時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0,即彈簧的原長(zhǎng)。3.在彈簧下端掛上鉤碼,待鉤碼靜止時(shí)測(cè)出彈簧的長(zhǎng)度l,求出彈簧的伸長(zhǎng)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

2、測(cè)幾組數(shù)據(jù),將所測(cè)數(shù)據(jù)填寫(xiě)在表格中。記錄表:彈簧原長(zhǎng)l0=　　　cm。,5.以力為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)為橫坐標(biāo),根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。6.按照?qǐng)D中各點(diǎn)的分布與走向,作出一條平滑的圖線。所畫(huà)的點(diǎn)不一定正好都在這條圖線上,但要注意使圖線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同。7.以彈簧的伸長(zhǎng)為自變量,寫(xiě)出圖線所代表的函數(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.彈簧豎直懸掛時(shí),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(zhǎng)度的測(cè)量造成偶然誤差,為了減小這種誤差,要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。3.作圖時(shí)的不規(guī)范造成偶然誤差,為了減小這種誤差,畫(huà)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(guò)重,以免彈簧被過(guò)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(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定

4、狀態(tài)時(shí)測(cè)量,以免增大誤差。,4.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(zhǎng)l0、總長(zhǎng)l及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。6.坐標(biāo)軸的標(biāo)度要適中。,【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來(lái)自彈簧的重力,所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧自身重力的影響:1.一個(gè)方案是將彈簧穿過(guò)一根水平光滑的杠桿,在水平方向做實(shí)驗(yàn)。2.另一個(gè)方案是選擇勁度系數(shù)較小的輕彈簧,通

5、過(guò)減小讀數(shù)的相對(duì)誤差來(lái)提高實(shí)驗(yàn)的精確度。,3.利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)相連,對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時(shí),計(jì)算機(jī)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(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)誤差的分析 【典例1】如圖甲所示,用鐵架臺(tái)、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(zhǎng)量的關(guān)系。,(1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)

6、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　　　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)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

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(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(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。請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái):　 。,【標(biāo)準(zhǔn)解答】(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;

8、(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(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)刻度尺　(2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力及對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度)　(3)200　彈簧自身重力　(4)CBDAE

9、FG,熱點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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　　　(選填“水平”或“豎直”)方向。(2)彈簧自然懸掛,待彈簧　　時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0;彈簧下端掛上砝碼盤(pán)時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x;在砝碼盤(pán)中每次增加10g砝碼,彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6,數(shù)據(jù)如表:,表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范,代表符號(hào)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(zhǎng)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(guò)圖和表可知砝碼盤(pán)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?biāo)準(zhǔn)解答】(1)測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)在豎直方向。(2)測(cè)量?jī)x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(cuò)誤。

11、(3)橫軸表示的是彈簧的形變量,故為彈簧長(zhǎng)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(pán)后彈簧伸長(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,以下說(shuō)法正確的是(　　)A.彈簧被拉伸時(shí),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(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D.用幾根不同的彈簧,分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量,得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng),用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0,再把彈簧豎直懸掛起來(lái),掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L,把L-L0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫(huà)出的圖線可能是(　　),【解析】(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧

13、為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目,在豎直方向上改變對(duì)彈簧的拉力,來(lái)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,所以選A、B。(2)考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)時(shí),將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂,測(cè)出其自然長(zhǎng)度;然后在其下部施加外力F,測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度L,改變外力F的大小,測(cè)出幾組數(shù)據(jù),作出外力F與彈簧總長(zhǎng)度L的關(guān)系圖

14、線如圖所示。(實(shí)驗(yàn)過(guò)程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進(jìn)行的)由圖可知該彈簧的自然長(zhǎng)度為　　　cm,該彈簧的勁度系數(shù)為　　　N/m。,【解析】當(dāng)外力F=0時(shí),彈簧的長(zhǎng)度即原長(zhǎng)為L(zhǎng)0=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(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)所測(cè)的幾組數(shù)據(jù):(1)請(qǐng)你在圖中的坐標(biāo)紙上作出F-x圖線;,(2)寫(xiě)出圖線所代表的函數(shù)式(x用m為單位):　 ;(3)寫(xiě)出函數(shù)表達(dá)式中常

15、數(shù)的物理意義　 。(4)若彈簧的原長(zhǎng)為40cm,并且以彈簧的總長(zhǎng)度L為自變量,寫(xiě)出函數(shù)表達(dá)式(以N和m為單位):　 。,【解析】(1)以彈簧的伸長(zhǎng)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(diǎn)描到坐標(biāo)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(xiě)為F=kx,而k=20N/m,故F=20x。(3)函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)表示該彈簧每伸長(zhǎng)(或壓縮)1m

16、,其彈力增加20N。(4)彈簧伸長(zhǎng)量x=(L-0.4)m,代入(2)中關(guān)系式得:F=20(L-0.4)。答案:(1)見(jiàn)解析　(2)F=20x　(3)彈簧每伸長(zhǎng)(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(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)量的砝碼。實(shí)驗(yàn)測(cè)出了砝碼的質(zhì)量m與彈簧長(zhǎng)度l的相應(yīng)數(shù)據(jù),其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)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(guò)盡可能多的點(diǎn)。,(2)從圖像中取兩相距較遠(yuǎn)的點(diǎn),利用 求出,k等于0.248N/m到0.262N/m之間某值。答案:(1)見(jiàn)解析(2)0.248～0.262之間的任一值均正確,5.(2010·福建高考)某實(shí)驗(yàn)小組研究橡皮筋伸長(zhǎng)與所受拉力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí),將原長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的橡皮筋伸長(zhǎng)量;當(dāng)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(duì)應(yīng)的橡皮筋伸長(zhǎng)量。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù),作出增掛鉤碼和減掛鉤碼時(shí)的橡皮筋伸長(zhǎng)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(xiàng)前的字母),A.增掛鉤碼時(shí)Δl與F成正比,而減掛鉤碼時(shí)Δl與F不成正比B.當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時(shí),增掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量比減掛鉤碼時(shí)的大C.當(dāng)

19、所掛鉤碼數(shù)相同時(shí),增掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量與減掛鉤碼時(shí)的相等D.增掛鉤碼時(shí)所掛鉤碼數(shù)過(guò)多,導(dǎo)致橡皮筋超出彈性限度【解析】選D。增掛鉤碼時(shí)圖線為曲線,Δl與F不成正比,故A不正確。當(dāng)所掛鉤碼數(shù)相同時(shí),即F相同時(shí),由圖像可知增掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量比減掛鉤碼時(shí)的小。故B、C不正確。增掛鉤碼時(shí)所掛鉤碼數(shù)過(guò)多,將會(huì)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(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,甲、乙兩位同學(xué)

20、選用不同的橡皮繩代替彈簧。為測(cè)量橡皮繩的勁度系數(shù),他們?cè)谙鹌だK下端依次逐個(gè)掛上鉤碼(每個(gè)鉤碼的質(zhì)量均為m=0.1kg,取g=10m/s2),并記錄繩下端的坐標(biāo)x加i(下標(biāo)i表示掛在繩下端鉤碼個(gè)數(shù))。然后逐個(gè)拿下鉤碼,同樣記錄繩下端的坐標(biāo)x減i,繩下端坐標(biāo)的平均值xi= 的數(shù)據(jù)如表:,(1)同一標(biāo)號(hào)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(shí)驗(yàn)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(cè)量勁度系數(shù),在選用鉤碼時(shí)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(zhǎng),故x加i小于x減i。(2)乙同學(xué)的數(shù)據(jù)更符合實(shí)驗(yàn)要求。橡皮繩長(zhǎng)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