2019版高考物理總復習 第二章 相互作用 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關系學案

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1、 實驗二　探究彈力和彈簧伸長的關系 注意事項 1.安裝實驗裝置：要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。 2.不要超過彈性限度：實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免超過彈簧的彈性限度。 3.盡量多測幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。 4.觀察所描點的走向：不要畫折線。 5.統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。 誤差分析 1.鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差。 2.畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差。 熱點一　教材原型實驗 【例1】　(2017·蚌埠模擬)如圖1甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼，探究在

2、彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關系實驗。 圖1 (1)實驗中還需要的測量工具有：________。 (2)如圖乙所示，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪圖，縱軸是鉤碼質(zhì)量m，橫軸是彈簧的形變量x。由圖可知：圖線不通過原點的原因是________________；彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m(計算結果保留2位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 m/s2)。 (3)如圖丙所示，實驗中用兩根不同的彈簧a和b，畫出彈簧彈力F與彈簧長度L的F－L圖象，下列說法正確的是(　　) A.a的原長比b的長 B.a的勁度系數(shù)比b的大 C.a的勁度系數(shù)比b的小 D.彈力與彈簧長度成正比 解析　(1)

3、實驗需要測量彈簧伸長的長度，故需要毫米刻度尺。 (2)圖線的物理意義是表明彈簧的彈力大小和彈簧伸長量大小成正比，則k＝＝4.9 N/m。由圖可知，當F＝0時，x大于零，說明沒有掛重物時，彈簧有伸長，是由于彈簧自身的重力造成的，故圖線不過原點的原因是彈簧有自重，實驗中沒有考慮(或忽略了)彈簧的自重。 (3)在圖象中橫截距表示彈簧的原長，故b的原長比a的長，選項A錯誤；在圖象中斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k，故a的勁度系數(shù)比b的大，選項B正確，C錯誤；彈簧的彈力滿足胡克定律，彈力與彈簧的形變量成正比，故選項D錯誤。 答案　(1)毫米刻度尺　(2)彈簧有重力　4.9　(3)B 【變式訓練1】　(2

4、017·南岸區(qū)模擬)某同學在“探究彈力和彈簧伸長量的關系”時，將輕質(zhì)彈簧豎直懸掛，彈簧下端掛一個小盤，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，實驗得到了彈簧指針位置x與小盤中砝碼質(zhì)量m的圖象如圖乙所示，g取10 m/s2?；卮鹣铝袉栴}： (1)某次測量如圖2甲所示，指針指示的刻度值為________cm(刻度尺單位為cm)。 (2)從圖乙可求得該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m(結果保留兩位有效數(shù)字)。 圖2 (3)另一同學在做該實驗時有下列做法，其中正確的是(　　) A.實驗中未考慮小盤的重力 B.刻度尺零刻度未與彈簧上端

5、對齊 C.讀取指針指示的刻度值時，選擇彈簧指針上下運動最快的位置讀取 D.在利用x－m圖線計算彈簧的勁度系數(shù)時舍棄圖中曲線部分數(shù)據(jù) 解析　(1)刻度尺的最小分度為0.1 cm，故讀數(shù)為18.00 cm。 (2)由圖可知，可根據(jù)圖象的斜率的倒數(shù)計算彈簧的勁度系數(shù)， 故k＝ N/m＝0.30 N/m。 (3)本實驗中可采用圖象進行處理，故小盤的重力可以不考慮，故選項A正確；讀數(shù)時刻度尺的零刻度應與彈簧上端對齊，才能準確測量，故選項B錯誤；在讀指針的示數(shù)時，應讓彈簧指針靜止之后再讀取，故選項C錯誤；當拉力超過彈性限度時，將變成曲線，不再符合胡克定律，故應舍去，故選項D正確。 答案　(1

6、)18.00　(2)0.30　(3)AD 實驗數(shù)據(jù)處理的三種方法 (1)圖象法：根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標系的坐標紙上描點，以彈簧的彈力F為縱軸，彈簧的伸長量x為橫軸，根據(jù)描點的情況，作出一條經(jīng)過原點的直線。 (2)列表法：將實驗數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，彈力與彈簧伸長量的比值是一常數(shù)。 (3)函數(shù)法：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關系?！　　　　　? 熱點二　實驗拓展創(chuàng)新 本實驗一般是在教材實驗原理的基礎上設計新情景進行考查，因此，要在教材實驗的基礎上注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實驗的原理、方法和技巧處理新問題。 高考考情

7、演變 裝置時代化　 求解智能化　 1.彈力的獲得：彈簧豎直懸掛，重物的重力作為彈簧的拉力，存在彈簧自重的影響→彈簧水平使用，重物的重力作為彈簧的拉力，消除了彈簧自身的影響。 2.圖象的獲得：由坐標紙作圖得F－x圖象→由傳感器和計算機輸入數(shù)據(jù)直接得F－x圖象。 【例2】　用如圖3所示的實驗裝置研究彈簧的彈力與形變量之間的關系。輕彈簧上端固定一個力傳感器，然后固定在鐵架臺上，當用手向下拉伸彈簧時，彈簧的彈力可從傳感器讀出。用刻度尺可以測量彈簧原長和伸長后的長度，從而確定伸長量。測量數(shù)據(jù)如表格所示： 圖3 伸長量x/10－2 m 2.00 4.00 6.00 8.00

8、 10.00 彈力F/N 1.50 2.93 4.55 5.98 7.50 (1)以x為橫坐標，F(xiàn)為縱坐標，在圖4的坐標紙上描繪出能夠正確反應彈力與伸長量關系的圖線。 圖4 (2)由圖線求得該彈簧的勁度系數(shù)為________(保留兩位有效數(shù)字)。 解析　橫軸表示伸長量x，縱軸表示彈力F，按照表格數(shù)據(jù)，描點畫圖，得到一條直線，圖象斜率代表彈簧勁度系數(shù)。 答案　(1)如圖　(2)75 N/m(74～76 N/m均正確) 【變式訓練2】　(2017·商丘模擬)(1)某次研究彈簧所受彈力F與彈簧長度L關系實驗時，得到如圖5 a所示的F－L圖象，由圖象可知：彈簧原長L0＝

9、________cm，求得彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m。 圖5 (2)按如圖b的方式掛上鉤碼(已知每個鉤碼重G＝1 N)，使(1)中研究的彈簧壓縮，穩(wěn)定后指針指示如圖b，則指針所指刻度尺示數(shù)為________cm。由此可推測圖b中所掛鉤碼的個數(shù)為________個。 解析　(1)由胡克定律F＝k(L－L0)，結合題圖a中數(shù)據(jù)得L0＝3.0 cm，k＝200 N/m。 (2)由題圖b知指針所示刻度為1.50 cm，由F＝k(L0－L)，可求得此時彈力為F＝ 3 N，故所掛鉤碼的個數(shù)為3個。 答案　(1)3.0　200　(2)1.50　3 1.(2017·南昌模擬

10、)某物理實驗小組在探究彈簧的勁度系數(shù)k與其原長l0的關系實驗中，按示意圖6所示安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與輕質(zhì)彈簧上端平齊，在彈簧上安裝可移動的輕質(zhì)指針P，實驗時的主要步驟是： 圖6 ①將指針P移到刻度尺l01＝5.00 cm 處，在彈簧掛鉤上掛上200 g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ②取下鉤碼，將指針P移到刻度尺l02＝10.00 cm處，在彈簧掛鉤上掛上250 g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ③取下鉤碼，將指針P移到刻度尺l03＝15.00 cm處，在彈簧掛鉤上掛上50 g的鉤碼，靜止時讀出指針所指刻度并記錄下來； ④重復③步驟，在每次重復③

11、時，都將指針P下移5.00 cm，同時保持掛鉤上掛的鉤碼質(zhì)量不變。 將實驗所得數(shù)據(jù)記錄、列表如下： 次數(shù) 彈簧原長l0x/cm 彈簧長度lx/cm 鉤碼質(zhì)量mx/g 1 5.00 7.23 200 2 10.00 15.56 250 3 15.00 16.67 50 4 20.00 22.23 50 5 25.00 30.56 50 根據(jù)實驗步驟和列表數(shù)據(jù)，回答下列問題： (1)重力加速度g取10 m/s2。在實驗步驟③中，彈簧的原長為15.00 cm時，其勁度系數(shù)為__________N/m。 (2)同一根彈簧的原長越長，彈簧的勁度

12、系數(shù)__________(彈簧處在彈性限度內(nèi))。 A.不變 B.越大 C.越小 解析　(1)彈簧的原長為l03＝15.00 cm時，掛鉤上鉤碼的質(zhì)量為m3＝50 g，所受拉力F3＝m3g＝0.5 N，彈簧長度l3＝16.67 cm，彈簧伸長Δx3＝l3－l03＝1.67 cm。根據(jù)胡克定律，F(xiàn)3＝k3Δx3，解得k3＝30 N/m。 (2)彈簧的原長為l05＝25.00 cm時，掛鉤上鉤碼的質(zhì)量為m5＝50 g，所受拉力F5＝m5g＝0.5 N，彈簧長度l5＝30.56 cm，彈簧伸長Δx5＝l5－l05＝5.56 cm。根據(jù)胡克定律，F(xiàn)5＝k5Δx5，解得k5＝9 N/m。由此

13、可知，同一根彈簧的原長越長，彈簧的勁度系數(shù)越小，選項C正確。 答案　(1)30　(2)C 2.圖7甲為某同學用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關系的實驗情景。用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出)。所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中： 拉力大小F/N 0.45 0.69 0.93 1.14 1.44 1.69 標尺刻度x/cm 57.02 58.01 59.00 60.00 61.03 62.00 圖7 (1)從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為________cm； (2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖丙坐標紙

14、上作出F與x的關系圖象； (3)由圖象求出該彈簧的勁度系數(shù)________N/m、彈簧的原長為________cm。(均保留三位有效數(shù)字) 答案　(1)63.60(63.58～63.62) (2)如圖所示 (3)24.8(24.6～25.0)　55.2(55.1～55.3) 3.某物理興趣小組的同學在研究彈簧彈力的時候，測得彈力的大小F和彈簧長度L的關系如圖8所示 ，則由圖線可知： (1)彈簧的勁度系數(shù)為________。 (2)為了用彈簧測定兩木塊A、B間的動摩擦因數(shù)μ，兩同學分別設計了如圖9所示的甲、乙兩種方案。 ①為了用某一彈簧測力計的示數(shù)表示A和B之間的滑動摩擦

15、力的大小，你認為方案________更合理。 ②甲方案中，若A和B的重力分別為10.0 N和20.0 N。當A被拉動時，彈簧測力計a的示數(shù)為6.0 N，b的示數(shù)為11.0 N，則A、B間的動摩擦因數(shù)為________。 解析　(1)由題圖可知，當彈力為F0＝60 N，彈簧的伸長量x0＝L－L0＝20 cm＝ 0.2 m，由胡克定律得彈簧的勁度系數(shù)k＝＝ N/m＝300 N/m。 (2)①甲、乙兩種方案，在拉著A運動的過程中，拉A的彈簧測力計由于在不斷地運動，示數(shù)可能會變化，讀數(shù)不準，甲方案中的a是不動的，指針穩(wěn)定，便于讀數(shù)，甲方案更合理。②a的拉力與A對B的滑動摩擦力f平衡，由于a示數(shù)為6.0 N，即f＝F＝6.0 N，A、B間的動摩擦因數(shù)μ＝＝＝0.3。 答案　(1)300 N/m　(2)①甲?、?.3 8