2019版高考物理必考實驗精細(xì)精講 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案.doc
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2019版高考物理必考實驗精細(xì)精講 實驗二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實 課堂互動考點突破 【實驗?zāi)康摹? 1.探究彈力和彈簧伸長的定量關(guān)系。 2.學(xué)會用列表法和圖象法處理實驗數(shù)據(jù)。 【實驗原理】 1.如圖實Ⅱ-1所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長,平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。 2.彈簧的長度可用刻度尺直接測出,伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算。這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了。 【實驗器材】 鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆。 【實驗過程】 一、實驗步驟 1.將彈簧的一端掛在鐵架臺上,讓其自然下垂,用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0,即原長。 2.如圖實Ⅱ-2所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時彈簧的長度l1,記錄m1和l1,填入自己設(shè)計的表格中。 3.改變所掛鉤碼的質(zhì)量,量出對應(yīng)的彈簧長度,記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長度l2、l3、l4、l5,并得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4、x5。 二、數(shù)據(jù)處理 1.以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo),用描點法作圖。連接各點,得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線。 2.以彈簧的伸長量為自變量,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)。 3.得出彈力和彈簧伸長之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。 【誤差分析】 1.彈簧拉力大小的不穩(wěn)定會造成誤差。因此,使彈簧的懸掛端固定,另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對彈簧的拉力,待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實驗的準(zhǔn)確度。 2.彈簧長度的測量,是本實驗的主要誤差來源。所以,測量時盡量精確地測量彈簧的長度。 【注意事項】 1.所掛鉤碼不要過重,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度,要注意觀察,適可而止。 2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使坐標(biāo)上描的點盡可能稀,這樣作出的圖線更精確。 3.測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量,以免增大誤差。 4.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條曲線上,但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè)。 5.記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。 課堂互動考點突破 考點一 實驗原理與操作 [例1] (臨沂模擬)如圖實Ⅱ-3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彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。 (1)為完成實驗,還需要的實驗器材有________________。 (2)實驗中需要測量的物理量有__________________________________________。 (3)圖實Ⅱ-3乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖線,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m。圖線不過原點的原因是由于____________________________________。 (4)為完成該實驗,設(shè)計的實驗步驟如下: A.以彈簧伸長量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F(xiàn))對應(yīng)的點,并用平滑的曲線連接起來; B.記下彈簧不掛鉤碼時其下端的刻度尺上的刻度l0; C.將鐵架臺固定于桌子上,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、2個、3個、4個…鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度,并記錄在表格內(nèi),然后取下鉤碼; E.以彈簧伸長量為自變量,寫出彈力與伸長量的關(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); F.解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義; G.整理儀器。 請將以上步驟按操作的先后順序排列出來:________。 [解析] (1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量; (2)根據(jù)實驗原理,實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度); (3)取圖象中(0.5,0)和(3.5,6)兩個點,代入F=kx可得k=200 N/m,由于彈簧自重的影響,使得彈簧不加外力時就有形變量。(4)根據(jù)完成實驗的合理性可知先后順序為CBDAEFG。 [答案] (1)刻度尺 (2)彈簧原長、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與對應(yīng)的長度) (3)200 彈簧自重 (4)CBDAEFG 規(guī)律總結(jié) ①實驗中要選取輕彈簧,盡可能減小彈簧重力產(chǎn)生的影響。 ②根據(jù)胡克定律,彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比,因而實驗中需做F-x圖象,其中x為彈簧的伸長量。 針對訓(xùn)練: 1.(1)在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗中,以下說法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C.用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量 D.用幾個不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得出拉力與伸長量之比相等 (2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗,他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長,用直尺測出彈簧的原長L0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L,把L-L0作為彈簧的伸長量x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是圖中的( ) 解析 (1)實驗中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實驗對象,在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力,以探索彈力與彈簧伸長量的關(guān)系,并且拉力和重力平衡,所以選A、B。 (2)由于考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼時,彈簧的伸長量x>0,所以選C。 答案 (1)AB (2)C 考點二 實驗數(shù)據(jù)的處理 [例2] (浙江理綜)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時,某同學(xué)把兩根彈簧如圖實Ⅱ-4連接起來進行探究。 (1)某次測量如圖實Ⅱ-5所示,指針示數(shù)為______cm。 (2)在彈性限度內(nèi),將50 g的鉤碼逐個掛在彈簧下端,得到指針A、B的示數(shù)LA和LB如表所示。用表中數(shù)據(jù)計算彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)為________N/m(重力加速度g=10 m/s2)。由表中數(shù)據(jù)________(填“能”或“不能”)計算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù)。 [解析] (1)刻度尺最小分度為0.1 cm,讀數(shù)時需估讀到0.01 cm。 (2)表中對LA的測量有四組數(shù)據(jù),應(yīng)采用逐差法計算增加一個鉤碼時彈簧Ⅰ增加的長度。 L0==0.04 m 故k==12.5 N/m 通過計算LB-LA可得出A、B兩指針間的距離,進而計算出增加一個鉤碼時彈簧Ⅱ增加的長度,從而計算出其勁度系數(shù)。 [答案] (1)15.95~16.05(有效數(shù)字位數(shù)正確) (2)(12.20~12.80均可) 能 針對訓(xùn)練: 2.某實驗小組在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系時,先把彈簧平放在桌面上,用刻度尺測出彈簧的原長L0=4.6 cm,再把彈簧豎直懸掛起來,在下端掛鉤碼,每增加一個鉤碼均記下對應(yīng)的彈簧長度x,數(shù)據(jù)記錄如下表所示。 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖實Ⅱ-6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軸的交點坐標(biāo)大于L0的原因是________________________________。 答案 (1)如圖所示 (2)50 (3)彈簧自身重力的影響 考點三 創(chuàng)新實驗設(shè)計 本實驗的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力,所以改進實驗的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧自身重力的影響。 1.可以是將彈簧穿過一根水平光滑的桿,在水平方向做實驗。 2.利用計算機及傳感器技術(shù),將彈簧水平放置,且一端固定在傳感器上,傳感器與計算機相連,對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時,計算機上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象(如圖實Ⅱ-7甲、乙所示),分析圖象得出結(jié)論。 [例3] (重慶質(zhì)檢)某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中,利用所學(xué)的知識解決了如下問題:一輕彈簧一端固定于某一深度為h=0.25 m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的另一部分位于筒內(nèi)),如圖實Ⅱ-8甲所示,如果本實驗的長度測量工具只能測量出距筒口右端彈簧的長度l,現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù),該同學(xué)通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變l,作出F-l變化的圖線如圖實Ⅱ-8乙所示。 (1)由此圖線可得出的結(jié)論是________; (2)彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m,彈簧的原長l0=________ m; (3)該同學(xué)實驗時,把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較,優(yōu)點在于________;缺點在于________。 [解析] (1)在彈性限度內(nèi),彈力與彈簧的伸長量成正比。 (2)由ΔF=kΔx和乙圖可知:(30-10)=k2010-2 所以k=100 N/m 由乙圖可知F=20 N時,l=10 cm=0.1 m, 所以20=k(0.1+0.25-l0), 即l0=0.15 m。 (3)優(yōu)點是避免彈簧自身重力對實驗的影響,缺點是彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差。 [答案] 見解析- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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