2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 第二章 相互作用 實(shí)驗(yàn)2 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件 新人教版.ppt

實(shí)驗(yàn)2探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椓蛷椈缮扉L(zhǎng)的定量關(guān)系 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(zhǎng)量 x 等于彈簧的現(xiàn)長(zhǎng) l 減去原長(zhǎng) l0 3 多測(cè)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(tái) 鉤碼若干 坐標(biāo)紙 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 安裝實(shí)驗(yàn)儀器 如圖所示 2 用刻度尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng) 3 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 填入表格中 4 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 五 數(shù)據(jù)處理1 以彈力F為縱坐標(biāo) 以彈簧的伸長(zhǎng)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(zhǎng)量x變化的關(guān)系圖象 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)等 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 六 注意事項(xiàng)1 不要超過彈性限度 2 盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù) 3 觀察所描點(diǎn)的走向 本實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)前并不知道其規(guī)律 所以描點(diǎn)以后所作的曲線是試探性的 只是在分析了點(diǎn)的分布和走向以后才決定用直線來連接這些點(diǎn) 4 統(tǒng)一單位 記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位 七 誤差分析 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)原理與操作例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)驗(yàn)器材有 2 實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 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 圖線不過原點(diǎn)的原因是由于 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 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 寫出彈力與彈簧伸長(zhǎng)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)等 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 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 答案 1 刻度尺 2 彈簧原長(zhǎng) 彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量 或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度 3 200彈簧自身存在重力 4 CBDAEFG解析 1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量 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) 彈簧掛不同個(gè)數(shù)的鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量 或?qū)?yīng)的彈簧長(zhǎng)度 3 取圖象中 0 5 0 和 3 5 6 兩個(gè)點(diǎn) 得到曲線的斜率 可得k 200N m 由于彈簧自重的原因 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2某實(shí)驗(yàn)小組在探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系時(shí) 先把彈簧平放在桌面上 用刻度尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0 4 6cm 再把彈簧豎直懸掛起來 在下端掛鉤碼 每增加一個(gè)鉤碼均記下對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度x 數(shù)據(jù)記錄如下表所示 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 1 根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出F x圖線 2 由此圖線可得 該彈簧勁度系數(shù)k N m 3 圖線與x軸的交點(diǎn)坐標(biāo)大于L0的原因是 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 如圖所示 2 50 3 彈簧自身重力的影響 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新1 將彈簧水平放置或穿過一根水平光滑的直桿 在水平方向做實(shí)驗(yàn) 消除了彈簧自重的影響 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 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)系圖象 如圖甲 乙所示 分析圖象得出結(jié)論 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例3 2017 安徽聯(lián)考 在 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)中 實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 1 有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)紙 圖 上 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 見解析圖 2 520 3 記錄數(shù)據(jù)的表格如下表 4 避免彈簧自身所受重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)誤差 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 解析 1 用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來 如圖所示 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 5 10 2m 5cm 勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率 k 20N m 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥 1 圖線與橫軸交點(diǎn)的物理意義是什么 2 圖線不過坐標(biāo)原點(diǎn) 圖象的斜率還表示彈簧的勁度系數(shù)嗎 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 例4 2017 湖南益陽調(diào)研 橡皮筋也像彈簧一樣 在彈性限度內(nèi) 彈力F與伸長(zhǎng)量x成正比 即F kx k的值與橡皮筋未受到拉力時(shí)的長(zhǎng)度L 橫截面積S有關(guān) 理論與實(shí)踐都表明k Y 其中Y是一個(gè)由材料決定的常數(shù) 材料力學(xué)上稱之為楊氏模量 1 在國(guó)際單位制中 楊氏模量Y的單位應(yīng)該是 A NB mC N mD Pa 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 2 有一段橫截面是圓形的橡皮筋 應(yīng)用如圖所示的實(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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 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 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 答案 1 D 2 毫米刻度尺螺旋測(cè)微器 3 見解析圖312 5 4 4 98 106Pa 解析 1 在彈性限度內(nèi) 彈力F與伸長(zhǎng)量x成正比 F kx 由題意可知 氏模量的單位是N m2 Pa 選項(xiàng)D正確 2 根據(jù)精度判斷可知a為毫米刻度尺 b為螺旋測(cè)微器 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 3 根據(jù)表格數(shù)據(jù) 描點(diǎn) 連線 可得F x圖象如圖所示 根據(jù)斜率的物量意義表示勁度系數(shù)k 可知k 312 5N m 命題點(diǎn)一 命題點(diǎn)二 命題點(diǎn)三 思維點(diǎn)撥 1 如圖甲所示 一根彈簧一端固定在傳感器上 傳感器與電腦相連 當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力 拉力或壓力 時(shí) 在電腦上得到了彈簧的形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關(guān)系圖象 如圖乙所示 則下列判斷不正確的是 A 彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比B 彈力的增加量與對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度的增加量成正比C 該彈簧的勁度系數(shù)是200N mD 該彈簧受到反向壓力時(shí) 勁度系數(shù)不變 答案 解析 2 2017 安徽黃山模擬 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 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時(shí) 長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x 在砝碼盤中每次增加10g砝碼 彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6 數(shù)據(jù)如下表 表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范 代表符號(hào)為 由表可知所用刻度尺的最小分度為 3 下圖是該同學(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 答案 1 豎直 2 靜止L31mm 3 Lx 4 4 910解析 1 為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力引起 所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向 2 彈簧靜止時(shí) 記錄原長(zhǎng)L0 表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)不同 所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范 規(guī)范數(shù)據(jù)應(yīng)讀至厘米位的后兩位 最后一位應(yīng)為估計(jì)值 精確至mm位 所以刻度尺的最小分度為1mm 3 由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時(shí) x為0 所以x L Lx 4 由胡克定律F k x知 mg k L Lx 即mg kx 所以圖線斜率即為 3 2018 江西贛州月考 某同學(xué)利用圖1所示裝置來研究彈簧彈力與形變的關(guān)系 設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如下 A B是質(zhì)量均為m0的小物塊 A B間由輕彈簧相連 A的上面通過輕繩繞過兩個(gè)定滑輪與一個(gè)輕質(zhì)掛鉤相連 掛鉤上可以掛上不同質(zhì)量的物體C 物塊B下放置一壓力傳感器 物體C右邊有一個(gè)豎直的直尺 可以測(cè)出掛鉤的下移的距離 整個(gè)實(shí)驗(yàn)中彈簧均處于彈性限度內(nèi) 重力加速度g取9 8m s2 實(shí)驗(yàn)操作如下 不懸掛物塊C 讓系統(tǒng)保持靜止 確定掛鉤的位置O 并讀出壓力傳感器的示數(shù)F0 每次掛上不同質(zhì)量的物塊C 用手托出 緩慢釋放 測(cè)出系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)掛鉤相對(duì)O點(diǎn)下移的距離xi 并讀出相應(yīng)的壓力傳感器的示數(shù)Fi 以壓力傳感器示數(shù)為縱軸 掛鉤下移距離為橫軸 根據(jù)每次測(cè)量的數(shù)據(jù) 描點(diǎn)作出F x圖象如圖2所示 1 由圖象可知 在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi) 可以認(rèn)為彈簧彈力與彈簧形變量成 填 正比 反比 或 不確定關(guān)系 2 由圖象可知 彈簧勁度系數(shù)k N m 3 如果掛上物塊C的質(zhì)量mC 3m0 并由靜止釋放 當(dāng)壓力傳感器的示數(shù)為零時(shí) 物塊C的速度v0 m s 答案 1 正比 2 98 3 1 4解析 1 對(duì)B分析 根據(jù)平衡有 F彈 mg F 可知F與彈簧彈力成線性關(guān)系 又F與x成線性關(guān)系 可知彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比 2 由題意可知 F x圖線斜率的絕對(duì)值表示彈簧的勁度系數(shù) 則k N m 98N m 3 未掛物塊C時(shí) 彈簧處于壓縮 彈力等于m0g 當(dāng)壓力傳感器示數(shù)為零時(shí) 可知彈簧處于伸長(zhǎng) 彈力為m0g 可知彈簧的壓縮量和伸長(zhǎng)量相等 則彈簧的彈性勢(shì)能不變 根據(jù)系統(tǒng)機(jī)械能守恒知 mC m0 gh mC m0 v2 因?yàn)閔 0 2m mC 3m0 代入數(shù)據(jù)解得v0 1 4m s 4 2018 湖北黃岡檢測(cè) 某同學(xué)在探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系時(shí) 將輕質(zhì)彈簧豎直懸掛 彈簧下端掛一個(gè)小盤 在小盤中增添砝碼 改變彈簧的彈力 通過旁邊豎直放置的刻度尺可以讀出彈簧末端指針的位置x 實(shí)驗(yàn)得到了彈簧指針位置x與小盤中砝碼質(zhì)量m的圖象如圖2所示 g取10m s2 回答下列問題 1 某次測(cè)量如圖1所示 指針指示的刻度值為cm 刻度尺單位為cm 2 從圖2可求得該彈簧的勁度系數(shù)為N m 結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 3 另一同學(xué)在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)有下列做法 其中錯(cuò)誤的是 A 實(shí)驗(yàn)中未考慮小盤的重力B 刻度尺零刻度未與彈簧上端對(duì)齊C 讀取指針指示的刻度值時(shí) 選擇彈簧指針上下運(yùn)動(dòng)最快的位置讀取D 在利用x m圖線計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)時(shí)舍棄圖中曲線部分?jǐn)?shù)據(jù) 答案 1 18 00 2 0 3 3 BC解析 1 刻度尺的最小分度為0 1cm 故讀數(shù)為18 00cm 2 由題圖可知 圖象的斜率的倒數(shù)為彈簧的勁度系數(shù) 故 3 本實(shí)驗(yàn)中可采用圖象進(jìn)行處理 故小盤的重力可以不考慮 故A正確 讀數(shù)時(shí)零刻度應(yīng)與彈簧上端對(duì)齊 才能準(zhǔn)確測(cè)量 故B錯(cuò)誤 在讀指針的位置時(shí) 應(yīng)讓彈簧指針靜止之后再讀取 故C錯(cuò)誤 當(dāng)拉力超過彈性限度時(shí) 將變成曲線 不再符合胡克定律 故應(yīng)舍去 故D正確 本題選錯(cuò)誤的做法 故選BC