xx届高考物理第一轮同步导学复习017

1 / 10 XX 届高考物理第一轮同步导学复习 017 本资料为 WoRD文档，请点击下载地址下载全文下载地址高考物理第一轮复习同步导学 2 7 实验 2：探究弹力和弹簧伸长的关系 【考点自清】 【实验目的】 探究弹力和弹簧伸长量之间的定量关系 学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据 【实验原理】 弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关，沿弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的，用悬挂法测量弹簧的弹力，运用的正是弹簧的弹力 与挂在弹簧下面的砝码的重力相等如图所示 弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算 .这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了 【实验器材】 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重垂线、铅笔 【实验步骤】 将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度2 / 10 尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 l0，即原长 如图所示，在弹簧下端挂质量为 m1 的钩码，量出此时弹簧的长度 l1，记录 m1 和 l1，填入自己设计的表格中 改变所挂钩码的质量，量出对应的弹簧长度，记录m2、 m3、 m4、 m5 和相应的弹簧长度 l2、 l3、 l4、 l5，并得出每次弹簧的伸长量 x1、 x2、 x3、 x4、 x5 以弹力 F(大小等于所挂钩码的重力 )为纵坐标，以弹簧的伸长量 x 为横坐标，用描点法作图 .连接各点，得出弹力 F 随弹簧伸长量 x 变化的图线 以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数 得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义 【数据处理】 建立坐标系，以弹力 F(大小等于所挂钩码的重力 )为纵坐标，以弹簧的伸长量 x 为横坐标，标明横轴和纵轴所表示的物理量及单位； 标度：标度要适当，让所得到的图线布满整个坐标系； 描点：描点时要留下痕迹； 连线 :让尽可能多的点落在同一直线上，让其余的点落在直线的两侧，误差较大的点舍弃； 3 / 10 根据图象做出结论：得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义 【误差分析】 弹簧拉力大小的不稳定会造成误差，因此，使弹簧的悬挂端固定，另一端通过悬挂钩码来 充当对弹簧的拉力，待稳定后再读数可以提高实验的准确度 尽量精确地测量弹簧的长度，也是减小实验误差的基本方法 描点、作图不准确 【注意事项】 所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度要注意观察，适可而止 每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精确 测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，以免增大误差 描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲 线的两侧 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 【重点精析】 数据处理是对原始实验记录的科学加工，通过数据处4 / 10 理，往往可以从一堆表面上难以察觉的、似乎毫无联系的数据中找出内在的规律在中学物理中只要求掌握数据处理的最简单的方法 (1)列表法 在记录和处理数据时，常常将数据列成表格数据列表可以简单而又明确地表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系 (2)作图法 用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一 用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果 .由图线的斜率、截距、包围面积等可以研究物理量之间的变化关系，找出规律 (3)平均值法 现行教材中只介绍算术平均值，即把测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数必须注意，求平均值时应按原来测量仪器的准确度决定保留的位数 【例 1】某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下： (重力加速度 g 取/s2) 5 / 10 (1)根据所测数据，在图坐标纸上作出弹簧指针所指标尺刻度 x 与砝码质量 m 的关系曲线 (2)根据所测得数据和关系曲线可以判断，在 范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律这种规格的弹簧劲度系数为 N/m 【解析】 (1)根据表中数据描点，按照各点的分布与走向，作出一条平滑曲线，如图所示 (2)由关系曲线可以看出，砝码质量在 0 500g 范围内，图线近似为一条直线，即满足弹簧的拉力和形变量成正比(胡克定律 ) 当不挂砝码时，弹簧 的长度 l0 1510 2m当砝码质量 m 500g时， l3510 2m， 由 F mg kx 解得 k mg/(l l0) 25N/m 【答案】 (1)见解析； (2)0 500g； 25 【方法点拨】 (1)据所给实验数据描点，然后作出平滑曲线 (或直线 )，注意所画的线不一定过所有点，原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线 (或直线 )的两侧，描点时要符合客观实际， “ 曲 ” 、 “ 直 ” 分明 (2)理解坐标的物理含义： x 为挂不同砝码时弹簧的长度而不是形变量 (3)曲线的弯曲部分表示弹力超过 了弹簧的弹性限度 6 / 10 【例】用金属制成的线材 (如钢丝、钢筋 )受到拉力会伸长，十七世纪英国物理学家胡克发现：金属丝或金属杆在弹性限度内它的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律 .这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础 .现有一根用新材料制成的金属杆，长为 4m，横截面积为，设计要求它受到拉力后伸长不超过原长的 1/1000，问最大拉力多大？由于这一拉力很大，杆又较长，直接测试有困难，选用同种材料制成样品进行测试，通过测试取得数据如下： (1)测得结果表明材料受拉力作用后，其伸长量与材料的长度成 ，与材料的截面积成 (2)上述金属细杆承受的最大拉力为 N 【同步作业】 1、如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力 (拉力或压力 )时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象 (如图乙 )则下列判断正确的是 () A、弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B、弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 c、该弹簧的劲度系数是 200N/m D、该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变 7 / 10 解析：由乙图可知 F=kx，即弹簧的弹力和弹簧的形变量成正比，不与弹簧长度成正比， A 错误由 F=kx 可知，B 说法正确；由 k=F/x=200N/m， c 正确； F-x 图线的斜率对应弹簧的劲度系数，而 x0和 x0时的斜率相同，故D 正确 答案： BcD 2、某同学在做 “ 探究弹力和弹簧伸长量的关系 ” 实验中，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长 l0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度 l，把 l-l0作 为弹簧的伸长量 x。这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下图中的哪一个 () 解析：由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量 x0 ，所以选 c。 答案： c 3、做 “ 探究弹力和弹簧伸长量的关系 ” 的实验步骤如下： A、以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据 (x， F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来； B、记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度 L0； c、将铁架台固定于桌子上 (也可在横梁的另一侧挂上一8 / 10 定的配重 )，并将弹簧 的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺； D、依次在弹簧下端挂上 2 个、 3 个、 4 个、 钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码； E、以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行则考虑二次函数； F、解释函数表达式中常数的物理意义； G、整理仪器。 请 将 以 上 步 骤 按 操 作 的 先 后 顺 序 排 列 出来： 。 解析：根据实验的实验操作过程应先安装仪器，再挂钩码然后记录数据，分析数据，最后整理即可 ，排列先后顺序为： cBDAEFG。 答案： cBDAEFG。 4、某同学在研究学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为 h=，且开口向下的小筒中 (没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内，但测力计可以与弹簧的下端接触 )，如图甲所示。如果本实验的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度 L。现要测出弹簧的原长 L0 和弹簧的劲度系数，该同学通过改变 L 而测出对应的弹力 F，作出 F-L 变化的图线如图乙所示，则弹簧的劲度系9 / 10 数为 N/m，弹簧的原长 L0= cm. 解 析：根据胡克定律 F=k(h+L-L0)=kL+k(h-L0)， 从图中知道当 L=0时， F=10N； 当 L=10cm时， F=20N； 将其代入方程联立得 k=100N/m， L0= 答案： 100； 5、用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知质量的钩码，来测定某个不太重的物体有多重，该怎么做 ? 解析：本题主要考查实验方法的拓展迁移能力。 (1)将弹簧上端固定在支架上，下端挂上钩码 (质量已知为 m)，测出弹簧伸长 x。 (2)将钩码取下换上待测物体，测出弹簧伸 长(mg/x)x 。 (3)待测物体的重力 6、用纳米技术处理过的材料叫纳米材料，其性质与处理前相比会发生很多变化。如机械性能会成倍地增加，对光的反射能力会变得很低，熔点会大大地降低，甚至有特殊的磁性质。现有一纳米合金丝，欲测出其伸长量 x 与所受到的拉力 F、长度 L、截面直径 D 的关系。 (1)测量上述物理量需要的主要器材是： 、 、 等。 10 / 10 (2)若实验中测量的数据如下表，根据这些数据请写出x 与 F、 L、 D 间的关系式： x= 。 (若用到比例系数，可用k 表示 ) (3)在研究并得到上述关系的过程中，主要运用的科学研究方法是 (只需写出一种 )。 (4)若有一