2020版高考物理总复习第二章实验二探究弹力和弹簧伸长的关系课件.pptx

1、实验二探究弹力和弹簧伸长的关系,实验基础,命题研析,实验基础 落实基础提炼精髓,注意事项 1.对钩码的要求 (1)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. (2)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,这样作出的图线更准确. 2.测量与记录数据 (1)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. (2)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位. 3.画图像 描点画线时,所描的点不一定都落在一条线上,但应注意一定要使尽可能多的点落在线上,其余各点均匀分布在线的两侧.,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

2、及连线不准确也会带来误差.,命题研析 突破常规注重创新,命题点一常规实验,【典例1】 (2018四川成都一诊)某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”时,将轻质弹簧竖直悬挂,弹簧下端挂一个小盘,在小盘中增添砝码,改变弹簧的弹力,通过旁边竖直放置的刻度尺可以读出弹簧末端指针的位置x,实验得到了弹簧指针位置x与小盘中砝码质量m的图像如图(乙)所示,取g=10 m/s2.回答下列问题:,解析:(1)刻度尺的最小分度为0.1 cm,读数为18.00 cm.,答案:(1)18.00(2)0.30,(1)某次测量如图(甲)所示,指针指示的刻度值为cm; (2)从图(乙)可求得该弹簧的劲度系数为N/m(结果保

3、留两位有效数字);,(3)另一同学在做该实验时有下列做法,其中错误的做法是. A.实验中未考虑小盘的重力 B.刻度尺未竖直放置 C.读取指针指示的刻度值时,选择弹簧指针上下运动最快的位置读取 D.在利用x-m图线计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分数据,解析:(3)本实验中采用图像进行处理,所以小盘的重力可以不考虑,故选项A中做法是正确的;刻度尺与弹簧平行,才能准确测量,故选项B中做法是错误的;在读指针的位置时,应让弹簧指针静止之后再读取,故选项C中做法是错误的;当拉力超过弹性限度时,将变成曲线,不再符合胡克定律,所以曲线部分应舍去,故选项D中做法是正确的.,答案:(3)BC,反思总结,(1)

4、只有在F-x图像中,直线的斜率才为弹簧的劲度系数. (2)当弹簧竖直悬挂时,最容易出错的是忽视弹簧自身重力的影响,错误地把水平时的原长当做竖直时的原长. (3)作图线时,尽可能使直线通过较多的点,不在直线上的点尽可能对称分布在直线的两侧,若个别点偏离太远,应舍去.,【典例2】 为了探究弹力F和弹簧伸长量x的关系,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图所示图像. (1)从图像上看,该同学没能完全按照实验要求做,从而使图像上端成为曲线,图像上端成为曲线是因为 .,解析:(1)在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,超过弹簧的弹性限度,则此规律不成立,所以图像上端为

5、曲线是因为弹簧的形变量超过其弹性限度.,答案:(1)弹簧的形变量超过其弹性限度,(2)甲、乙弹簧的劲度系数分别为N/m和N/m(结果保留三位有效数字);若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧 (选填“甲”或“乙”).,答案:(2)66.7200甲,(3)从上述数据和图线中分析,同学们对这个研究课题提出了一系列建议,其中有价值的是. A.实验中钩码不能挂太多,不能超出弹簧的弹性限度 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,解析:(3)实验中

6、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,以探究弹力和弹簧伸长量的关系,并且保证拉力和钩码重力平衡,所以A,B正确.,答案:(3)AB,反思总结,(1)同组探究实验中,是对某根弹簧进行实验,探究它的弹力和弹簧伸长量的关系.同一根弹簧弹力与伸长量之比是定值;不同的弹簧,各自的弹力与伸长量之比可能不一样.,(2)求劲度系数时,应用k= 能避免很多错误.例如,能避免错把总长当作伸长量,能避免错把水平原长当作竖直原长等.,题组训练,1.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验. (1)图(甲)是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;图

7、(乙)是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量l为cm; (2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是.(填选项前的字母) A.逐一增挂钩码,记下每增加一个钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 B.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重,(甲) (乙)(丙),解析:(1)图(乙)的示数为14.66 cm,所以弹簧的伸长量为l=14.66 cm-7.73 cm=6.93 cm.,答案:(1)6.93(2)A,(2)为了得到较多的数据点,应逐一增挂钩码,记下每增加一个钩码弹簧的长度和钩码的总重力,即A正确

8、.,2.甲、乙两同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,安装好实验装置,让刻度尺零刻度线与弹簧上端平齐,在弹簧下端挂1个钩码,静止时弹簧长度为l1,如图1所示,图2是此时固定在弹簧挂钩上的指针在刻度尺(最小分度值是1 mm)上位置的放大图,在弹簧下端分别挂2个,3个,4个,5个相同钩码,静止时弹簧长度分别是l2,l3,l4,l5. (1)由图2知刻度尺的读数l1=cm,若已知每个钩码质量是50 g,挂2个钩码时,弹簧弹力F2=N(当地重力加速度g=10 m/s2).,答案:(1)11.501.00,(2)甲同学以弹簧的长度l为横坐标,以钩码的重力G为纵坐标建立了G-l图像,如图3所示,则由图知弹

9、簧的原长为cm,该弹簧的劲度系数为N/m. (3)乙同学先将弹簧平放在桌面上,测出了弹簧的原长l0,并以弹簧的伸长量x=l-l0为横坐标,以钩码的重力G为纵坐标作出了G-x图像,如图4所示,则图线不过原点的原因是 .,(3)图线不过原点的原因是弹簧自身有重力.,答案:(2)11.00100 (3)弹簧自身有重力,命题点二创新实验,【典例3】 (2018全国卷,22)如图(a),一弹簧上端固定在支架顶端,下端悬挂一托盘;一标尺由游标和主尺构成,主尺竖直固定在弹簧左边;托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置,简化为图中的指针. 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数.当托盘内没有砝码时,移动游标,

10、使其零刻度线对准指针,此时标尺读数为1.950 cm;当托盘内放有质量为0.100 kg的砝码时,移动游标,再次使其零刻度线对准指针,标尺示数如图(b)所示,其读数为cm.当地的重力加速度大小为9.80 m/s2,此弹簧的劲度系数为N/m(保留三位有效数字).,答案:3.77553.7,反思总结,(1)游标尺为20分度,其精确度为0.05 mm;游标卡尺读数时,不需要估读. (2)有效数字的位数是从第1位不为零的数开始算起的.例如0.98为两位有效数字,而0.980为三位有效数字.,【典例4】 (2014全国卷,23)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图(a)所示

11、:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0,P1,P2, P3,P4,P5,P6分别固定在弹簧上距悬点0,10,20,30,40,50,60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度.设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80 m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88 cm.,(1)将表中数据补充完整:,.,答案:(1)81.70.012 2,答案:(2)见解析,解析:(2)根据实验数据描点,并用一条直线将这些点连接

12、起来即可.如图所示.,(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点.若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k= N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k=N/m.,反思总结,(1)弹簧的劲度系数由弹簧的物质结构决定.同一根弹簧的劲度系数是固定不变的,如果把这根弹簧剪断成两个弹簧,这两个弹簧的劲度系数不再是原来的值.本题就是探究弹簧的劲度系数与其长度的关系. (2)图像法处理数据时,是作出一条直线而不是曲线,数学原理是y=kx+b这一函数式,通用方法是变量y由纵坐标物理量替代,变量x由横坐标物理量替代得出新的表达式

13、.,题组训练,1.(2019山东济南一中检测)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,实验装置如图(甲)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. (1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标纸(图)上,请作出F-L图线.,(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0=cm,劲度系数k=N/m. (3)试根据以上该同学的实验情况,请你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)如图所示.,(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度,由图像可知,L0=510-2m=5 cm.劲度系数为图线的斜率,k=20 N/m.,(1)测试结果表明金属丝或金属杆受拉力作用后其伸长量与材料的长度成 比,与材料的截面积成比