高考物理大一轮复习 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版.ppt

实验二探究弹力和弹簧伸长的关系 注意事项1 安装实验装置 要保持刻度尺竖直并靠近弹簧 2 不要超过弹性限度 实验中弹簧下端挂的钩码不要太多 以免超过弹簧的弹性限度 3 尽量多测几组数据 要使用轻质弹簧 且要尽量多测几组数据 4 观察所描点的走向 不要画折线 5 统一单位 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 误差分析1 钩码标值不准确 弹簧长度测量不准确带来误差 2 画图时描点及连线不准确也会带来误差 热点一对实验的基本操作及注意事项的考查 典例1 如图1甲所示 用铁架台 弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系 图1 1 为完成实验 还需要的实验器材有 2 实验中需要测量的物理量有 3 图乙是弹簧弹力f与弹簧伸长量x的f x图线 由此可求出弹簧的劲度系数为 n m 图线不过原点的原因是由于 4 为完成该实验 设计的实验步骤如下 a 以弹簧伸长量为横坐标 以弹力为纵坐标 描出各组 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 并将弹簧的一端系于横梁上 在弹簧附近竖直固定一把刻度尺 d 依次在弹簧下端挂上1个 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 1 根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量 2 根据实验原理 实验中需要测量的物理量有弹簧的原长 弹簧所受外力与对应的伸长量 或与弹簧对应的长度 3 取图象中 0 5 0 和 3 5 6 两个点 代入f kx可得k 200n m 由于弹簧自重的原因 使得弹簧不加外力时就有形变量 4 根据完成实验的合理性可知先后顺序为cbdaefg 答案 1 刻度尺 2 弹簧原长 弹簧所受外力与弹簧对应的伸长量 或与弹簧对应的长度 3 200弹簧自身存在重力 4 cbdaefg 跟踪短训 1 1 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验中 以下说法正确的是 a 弹簧被拉伸时 不能超出它的弹性限度b 用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力 应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态c 用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量d 用几个不同的弹簧 分别测出几组拉力与伸长量 得出拉力与伸长量之比相等 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验 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图中的 解析 1 实验中应以所研究的一根弹簧为实验对象 在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力 以探索弹力与弹簧伸长量的关系 并且拉力和重力平衡 所以选a b 2 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x 0 所以选c 答案 1 ab 2 c 热点二实验数据处理的方法1 图象法 根据测量数据 在建好直角坐标系的坐标纸上描点 以弹簧的弹力f为纵轴 弹簧的伸长量x为横轴 根据描点的情况 作出一条经过原点的直线 2 列表法 将实验数据填入表中 研究测量的数据 可发现在实验误差允许的范围内 弹力与弹簧伸长量的比值是一常数 3 函数法 根据实验数据 找出弹力与弹簧伸长量的函数关系 典例2 某实验小组做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 实验时 先把弹簧平放在桌面上 用刻度尺测出弹簧的原长l0 4 6cm 再把弹簧竖直悬挂起来 在下端挂钩码 每增加一个钩码均记下对应的弹簧的长度x 数据记录如下表所示 图2 1 根据表中数据在图2中作出f x图线 2 由此图线可得 该弹簧劲度系数k n m 3 图线与x轴的交点坐标大于l0的原因是 解析 1 用作图法研究弹簧的弹力与其伸长量的关系 由于实验误差 依据实验数据描出的点有时不会完全在一条直线上 这时所作直线应尽量多地通过这些点 并使不在直线上的点尽量均匀分布在所作直线两侧 与其他的点明显相差很远的点应该舍去 该题中所给出的数据点恰好可以在一条直线上 所以直接描点后由刻度尺作图即可 答案 1 如图所示 2 50 3 弹簧自身重力的影响 跟踪短训 2 2011 安徽卷 21 1 为了测量某一弹簧的劲度系数 将该弹簧竖直悬挂起来 在自由端挂上不同质量的砝码 实验测出了砝码质量m与弹簧长度l的相应数据 其对应点已在图3中标出 g 9 8m s2 图3 1 作出m l的关系图线 2 弹簧的劲度系数为 n m 答案 1 如图所示 2 0 259 0 248 0 262 探究高考命题视角以本实验为背景 通过改变实验条件 实验仪器设置题目 不脱离教材而又不拘泥教材 体现开放性 探究性等特点 视角1可能对实验方案进行改进将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的杠杆 在水平方向做实验 视角2对实验器材的改进利用计算机及传感器技术 将弹簧水平放置 且一端固定在传感器上 传感器与电脑相连 对弹簧施加变化的作用力 拉力或推力 时 电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象 如图4所示 分析图象得出结论 图4 视角3图象法处理数据 典例3 在 探究弹力和弹簧伸长量的关系 并测定弹簧的劲度系数 的实验中 实验装置如图5所示 所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力 实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度 再将5个钩码逐个挂在绳子的下端 每次测出相应的弹簧总长度 图5 1 有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图6中 请作出f l图线 图6 2 由此图线可得出该弹簧的原长l0 cm 劲度系数k n m 3 试根据该同学以上的实验情况 帮助他设计一个记录实验数据的表格 不必填写其实验测得的具体数据 4 该同学实验时 把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点在于 缺点在于 解析 1 f l图线如图所示 2 弹簧的原长l0即弹力为零时弹簧的长度 由图象可知 l0 5 10 2m 5cm 劲度系数为图象直线部分的斜率 k 20n m 3 记录数据的表格如下表 4 优点是 可以避免弹簧自身重力对实验的影响 缺点是 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差 答案 1 见解析图 2 520 3 4 见解析 探究跟踪 2013 丽水模拟 某同学在研究性学习中 利用所学的知识解决了如下问题 一轻弹簧一端固定于某一深度为h 0 25m 且开口向右的小筒中 没有外力作用时弹簧的另一端位于筒内 如图7甲所示 如果本实验的长度测量工具只能测量出距筒口右端弹簧的长度l 现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数 该同学通过改变挂钩码的个数来改变l 作出f l变化的图线如图乙所示 图7 1 由此图线可得出的结论是