高考物理必考實(shí)驗(yàn)精細(xì)精講 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系學(xué)案

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系目錄課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實(shí)課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破課前預(yù)習(xí)基礎(chǔ)落實(shí)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?探究彈力和彈簧伸長的定量關(guān)系。2學(xué)會(huì)用列表法和圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1如圖實(shí)1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長,平衡時(shí)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(cè)出,伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進(jìn)行計(jì)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?！緦?shí)驗(yàn)器材】鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、三角板、坐標(biāo)紙、重垂線、鉛筆。【實(shí)驗(yàn)過程】一、實(shí)驗(yàn)步驟1將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長

2、狀態(tài)時(shí)的長度l0，即原長。2如圖實(shí)2所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時(shí)彈簧的長度l1,記錄m1和l1，填入自己設(shè)計(jì)的表格中.3改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對(duì)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(diǎn)法作圖.連接各點(diǎn),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?！菊`

3、差分析】1彈簧拉力大小的不穩(wěn)定會(huì)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(duì)彈簧的拉力,待穩(wěn)定后再讀數(shù)可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度.2彈簧長度的測(cè)量，是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源。所以，測(cè)量時(shí)盡量精確地測(cè)量彈簧的長度?！咀⒁馐马?xiàng)】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(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更精確。3測(cè)彈簧長度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量，以免增大誤差。4描點(diǎn)畫線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條曲線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè).5記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長量的對(duì)應(yīng)關(guān)

4、系及單位。課堂互動(dòng)考點(diǎn)突破考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作例1 （臨沂模擬)如圖實(shí)3甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)驗(yàn)器材有_。（2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有_。(3）圖實(shí)3乙是彈簧彈力f與彈簧伸長量x的fx圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_ n/m。圖線不過原點(diǎn)的原因是由于_.(4）為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來；b記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端的刻度尺上的刻度l0;c將鐵架臺(tái)固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近

5、豎直固定一把刻度尺;d依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)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(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來：_.解析（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測(cè)量彈簧原長和形變量；(2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長度);(3）取圖象中(0。5，0）和(3.5，6)兩個(gè)點(diǎn)，代入fkx可得k200 n/m,由于彈簧自重的影響，使

6、得彈簧不加外力時(shí)就有形變量。(4）根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知先后順序?yàn)閏bdaefg。答案（1)刻度尺（2)彈簧原長、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長量(或與對(duì)應(yīng)的長度)（3）200彈簧自重（4)cbdaefg規(guī)律總結(jié)實(shí)驗(yàn)中要選取輕彈簧，盡可能減小彈簧重力產(chǎn)生的影響.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(shí)驗(yàn)中需做fx圖象,其中x為彈簧的伸長量.針對(duì)訓(xùn)練：1(1）在“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是（ ）a彈簧被拉伸時(shí),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(cè)得彈簧的長度即為彈簧的伸長量d用幾個(gè)不同的彈簧，分別

7、測(cè)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(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測(cè)出彈簧的原長l0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長后的長度l，把ll0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(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對(duì)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(shí),彈簧的伸長量x0，所以選c。答案(1）ab(2）c考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理例2 （浙

8、江理綜)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時(shí)，某同學(xué)把兩根彈簧如圖實(shí)4連接起來進(jìn)行探究.(1)某次測(cè)量如圖實(shí)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(gè)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(jì)算彈簧的勁度系數(shù)為_n/m(重力加速度g10 m/s2）.由表中數(shù)據(jù)_(填“能”或“不能)計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù).解析（1）刻度尺最小分度為0.1 cm，讀數(shù)時(shí)需估讀到0。01 cm。（2)表中對(duì)la的測(cè)量有四組數(shù)據(jù),應(yīng)采用逐差法計(jì)算增加一個(gè)鉤碼時(shí)彈簧增加的長度。l00.04 m故k12.5 n/m通過計(jì)算lbla可得出a、b兩指針間的距離，進(jìn)而計(jì)算出增加一個(gè)鉤碼

9、時(shí)彈簧增加的長度，從而計(jì)算出其勁度系數(shù)。答案(1)15.9516.05（有效數(shù)字位數(shù)正確) （2)（12。2012.80均可）能針對(duì)訓(xùn)練：2某實(shí)驗(yàn)小組在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系時(shí)，先把彈簧平放在桌面上，用刻度尺測(cè)出彈簧的原長l04.6 cm,再把彈簧豎直懸掛起來，在下端掛鉤碼，每增加一個(gè)鉤碼均記下對(duì)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(shí)6中作出fx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(diǎn)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(diǎn)三創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力，所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路應(yīng)該是

10、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(shí)驗(yàn)。2利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)相連,對(duì)彈簧施加變化的作用力（拉力或推力)時(shí)，計(jì)算機(jī)上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象(如圖實(shí)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(shí)解決了如下問題：一輕彈簧一端固定于某一深度為h0.25 m、且開口向右的小筒中（沒有外力作用時(shí)彈簧的另一部分位于筒內(nèi))，如圖實(shí)8甲所示，如果本實(shí)驗(yàn)的長度測(cè)量工具只能測(cè)量出距筒口右端彈簧的長度l，現(xiàn)要測(cè)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(gè)數(shù)來改變l，作出fl變化的圖線如圖實(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)在于_;缺點(diǎn)在于_。解析（1)在