高考物理創(chuàng)新案例(人教版)實(shí)驗(yàn)二 研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系ppt

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,歡迎進(jìn)入物理課堂,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系．2．學(xué)會(huì)利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．,二、實(shí)驗(yàn)原理1．如圖實(shí)－2－1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等．2．彈簧的長(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算．這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了．,三、實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆．四、實(shí)驗(yàn)操作1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0，即原長(zhǎng)．,(2)如圖實(shí)－2－2所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，量出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1，記錄m1和l1，填入自己設(shè)計(jì)的表格中．,(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度，記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5，并得出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x1、x2、x3、x4、x5.,2．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖．連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線．(2)以彈簧的伸長(zhǎng)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)．(3)得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)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．,五、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．2．每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更精確．3．測(cè)量彈簧的原長(zhǎng)時(shí)要讓它自然下垂．測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量，以減小誤差．,4．描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條曲線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè)．描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線．5．記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位．,六、誤差分析1．鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確及彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確帶來(lái)誤差．2．作圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會(huì)帶來(lái)誤差．3．彈簧豎直懸掛時(shí)，未考慮彈簧自身重力的影響而帶來(lái)誤差．,[例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．用幾個(gè)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，最后畫出的圖線可能是圖實(shí)－2－3中的.,解析：(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在彈性限度內(nèi)通過(guò)增減鉤碼的數(shù)目來(lái)改變對(duì)彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B.(2)由于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)AB(2)C,[例2]利用如圖實(shí)－2－4甲所示裝置做探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30g．實(shí)驗(yàn)中，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)加掛在彈簧下端，穩(wěn)定后依次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度，將數(shù)據(jù)填在表中．(彈力始終未超過(guò)彈性限度，取g＝10m/s2),圖實(shí)—2—4,(1)在圖實(shí)－2－4乙坐標(biāo)系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長(zhǎng)度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖線．(2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m.(保留兩位有效數(shù)字),[答案]見解析,[例3]在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)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)裝置如圖實(shí)－2－6所示．所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力．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．,(1)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)圖實(shí)－2－7中，請(qǐng)作出F－L圖線．,(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.(3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況，請(qǐng)你幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù))．(4)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較．優(yōu)點(diǎn)在于：_______________________________________缺點(diǎn)在于：_______________________________________,[解析](1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(lái)，如圖實(shí)－2－8所示：,圖實(shí)－2－8,(2)彈簧的原長(zhǎng)L0即為彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，由圖象可知，L0＝510－2m＝5cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k＝20N/m.(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表：,(4)優(yōu)點(diǎn)是：避免彈簧自身所受重力對(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造成實(shí)驗(yàn)的誤差．,[答案](1)見解析(2)520(3)(4)見解析,1．一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b，得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖實(shí)－2－9所示．下列表述正確的是()A．a(chǎn)的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng)B．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的大C．a(chǎn)的勁度系數(shù)比b的小D．測(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比,解析：圖象的橫軸截距表示彈簧的原長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，B正確，C錯(cuò)誤；圖象不過(guò)原點(diǎn)，D錯(cuò)誤．,答案：B,2．(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)系的圖象如圖實(shí)－2－10所示．從圖象中可以得出________．(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)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：本題意在考查學(xué)生的識(shí)圖、用圖能力．圖中兩條線都不是直線，故Δl與F不成正比，A項(xiàng)錯(cuò)；比較兩條曲線可知，在拉力相等時(shí)，減掛鉤碼時(shí)橡皮筋的伸長(zhǎng)量大于增掛鉤碼時(shí)的伸長(zhǎng)量，B、C項(xiàng)錯(cuò)，故D項(xiàng)正確．,答案：D,3．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)系圖線如圖實(shí)－2－11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.,答案：1050,4．以下是一位同學(xué)做“探究形變與彈力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．(1)下列的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的，請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，用字母排列出來(lái)是______．A．以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連結(jié)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L0C．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刻度尺,D．依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3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．以彈簧的伸長(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量的關(guān)系式F．解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義,(2)下表是這位同學(xué)探究彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)之間的關(guān)系所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)：,①在圖實(shí)－2－12的坐標(biāo)上作出F－x圖線；②寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式(x用cm作單位)：________；③函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義________．,解析：(1)CBDAEF(2)①依據(jù)上述表中的數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系中描點(diǎn)，并過(guò)這些點(diǎn)作出圖線，如圖所示．②根據(jù)所作的圖線可寫出函數(shù)表達(dá)式為：F＝0.43x③根據(jù)胡克定律F＝kx知函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)為彈簧的勁度系數(shù)，其物理意義是彈簧每伸長(zhǎng)或壓縮0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N.,答案：(1)CBDAEF(2)①見解析②F＝0.43x③彈簧每伸長(zhǎng)或縮短0.01m(1cm)所需的拉力或壓力大小為0.43N,(2)有一段橫截面是圓形的橡皮筋，應(yīng)用如圖實(shí)－2－13所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)量出它的楊氏模量Y的值．首先利用測(cè)量工具a測(cè)得橡皮筋的長(zhǎng)度L＝20.00cm，利用測(cè)量工具b測(cè)得橡皮筋未受到拉力時(shí)的直徑D＝4.000mm，那么測(cè)量工具a應(yīng)該是________，測(cè)量工具b應(yīng)該是________．,(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F與伸長(zhǎng)量x的實(shí)驗(yàn)記錄.請(qǐng)作出F－x圖象，由圖象可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k＝________N/m.(4)這種橡皮筋的Y值等于________．,答案：(1)D(2)毫米刻度尺螺旋測(cè)微器(3)圖象見解析圖3.1102(4)5106Pa,6．(2011南京模擬)17世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律．受此啟發(fā)，一學(xué)習(xí)小組同學(xué)研究“金屬線材伸長(zhǎng)量與拉力的關(guān)系”的探究過(guò)程如下：A．有同學(xué)認(rèn)為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長(zhǎng)量與拉力成正比，與截面半徑成反比．B．他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長(zhǎng)度、不同半徑的線材”作為研究對(duì)象，用測(cè)距儀、傳感器等儀器測(cè)量線材的伸長(zhǎng)量隨拉力變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè)．,C．通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)：D．同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，對(duì)他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充完善．,(1)上述科學(xué)探究活動(dòng)中，屬于“制定計(jì)劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________.(2)請(qǐng)根據(jù)上述過(guò)程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯(cuò)誤或不足，請(qǐng)給予修正．,解析：確定研究對(duì)象，選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定計(jì)劃”；實(shí)驗(yàn)過(guò)程和測(cè)量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”．研究伸長(zhǎng)量x與拉力F、長(zhǎng)度L、直徑D的關(guān)系時(shí)，采用控制變量法，比如長(zhǎng)度、直徑不變，再研究伸長(zhǎng)量與力的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要研究方法．,答案：(1)BC(2)他們的假設(shè)不是全部正確．在彈性限度內(nèi)，金屬絲(桿)的伸長(zhǎng)量與拉力成正比，與截面半徑的平方成反比，還與金屬絲(桿)的長(zhǎng)度成正比,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全,