高考總復(fù)習(xí)物理隨堂課件與課后習(xí)題第二章相互作用共點(diǎn)力的平衡實(shí)驗(yàn)2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

高考總復(fù)習(xí)優(yōu)化設(shè)計(jì)GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI實(shí)驗(yàn)2探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系第二章2023內(nèi)容索引010203強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破練思維遷移運(yùn)用強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椈蓮椓εc形變量的定量關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)思路1.如圖所示,彈簧彈力(F)等于懸掛鉤碼的重力。靜止時讀數(shù)2.彈簧伸長量(x)等于彈簧的現(xiàn)長(l)減去原長(l0)。3.多測幾組,找出F與x的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1.安裝實(shí)驗(yàn)儀器。豎直懸掛,自然下垂時測量2.用刻度尺測出彈簧的原長。3.在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,量出此時彈簧的長度l1,填入表格中。4.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。五、數(shù)據(jù)處理與分析1.以彈力F為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo),建立坐標(biāo)系,選取合適的單位,用描點(diǎn)法作圖。用平滑的曲線連接各點(diǎn),得到彈力F隨彈簧伸長量x變化的關(guān)系圖像。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)等。3.得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義。六、誤差分析1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長度測量不準(zhǔn)確以及畫圖時描點(diǎn)連線不準(zhǔn)確等都會引起實(shí)驗(yàn)誤差。2.懸掛鉤碼數(shù)量過多,導(dǎo)致彈簧的形變量超出了其彈性限度,不再符合胡克定律(F=kx),圖像發(fā)生彎曲。3.水平放置彈簧測量其原長,由于彈簧有自重,將其懸掛起來后會有一定的伸長量,使圖像橫軸截距不為零。易錯辨析

(1)彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度。(

)(2)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)。(

)(3)用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量。(

)(4)用幾個不同的彈簧分別測出幾組拉力與伸長量,得出的拉力與伸長量之比相等。(

)(5)測量彈簧原長時應(yīng)將彈簧平放于水平桌面上。(

)(6)彈簧豎直懸掛于鐵架臺的橫梁上,刻度尺應(yīng)豎直固定在彈簧附近。(

)√√×××√應(yīng)用提升甲、乙兩同學(xué)在探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系時,安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,讓刻度尺零刻度線與彈簧上端平齊,在彈簧下端掛1個鉤碼,靜止時彈簧長度為l1,如圖甲所示,圖乙是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度值是1mm)上位置的放大圖,在彈簧下端分別掛2個、3個、4個、5個相同鉤碼,靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。(1)由圖乙知刻度尺的讀數(shù)l1=

cm。

(2)甲同學(xué)以彈簧的長度l為橫坐標(biāo),以鉤碼的重力G為縱坐標(biāo)建立了G-l圖像,如圖丙所示,由圖知彈簧的原長為

cm,該彈簧的勁度系數(shù)為

N/m。

(3)乙同學(xué)先將彈簧平放在桌面上,測出了彈簧的原長l0,并以彈簧的伸長量x=l-l0為橫坐標(biāo),以鉤碼的重力G為縱坐標(biāo)作出了G-x圖像,如圖丁所示,則圖線不過原點(diǎn)的原因是

。

答案

(1)11.50

(2)11.00

100

(3)彈簧自身有重力

增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)典例1.(2021重慶第二外國語學(xué)校高三一模)在探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,將彈簧測力計(jì)豎直懸掛,待彈簧測力計(jì)靜止時,長度記為L0,彈簧測力計(jì)下方掛上砝碼盤時,長度記為Lp,在砝碼盤中每次增加10g砝碼,彈簧長度依次記為L1~L7,記錄數(shù)據(jù)見下表。代表符號L0LpL1L2L3L4L5L6L7數(shù)值/cm25.3527.3529.3531.3033.4035.3537.4039.3041.41(1)甲同學(xué)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),他根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖像如圖所示,縱軸是砝碼的質(zhì)量,則橫軸應(yīng)是彈簧長度與

(選填“L0”或“Lp”)的差值。由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為

N/m,通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為

g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,重力加速度取9.8m/s2)。

(2)乙同學(xué)用公式法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),即用F=kΔL計(jì)算k,為充分利用每一組數(shù)據(jù),該同學(xué)將所測得的數(shù)據(jù)按如下方法逐一求差(逐差法),分別計(jì)算出四個差值:ΔL1=L4-Lp=8.00cm;ΔL2=L5-L1=8.05cm;ΔL3=L6-L2=8.00cm;ΔL4=

=

cm。

根據(jù)以上差值,可以求出每增加m=10g砝碼彈簧的平均伸長量ΔL;再由F=kΔL計(jì)算出k,請用Lp、L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和mg表示出k=

。

考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)思路的創(chuàng)新

甲

乙丙圖甲:彈簧水平放置,消除彈簧自身重力對實(shí)驗(yàn)的影響。圖乙:1.改變彈簧的固定方式,研究彈簧彈力大小與壓縮量之間的大小關(guān)系。2.物體C下移的距離x為彈簧壓縮量的變化量,即F=m0g+k(x0-x)=m0g+kx0-kx,故F-x圖線(圖丙)斜率的大小為彈簧的勁度系數(shù)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

用力傳感器顯示彈簧拉力的大小

實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新丁戊圖丁:1.利用固定在彈簧上的7個指針,探究彈簧的勁度系數(shù)k與彈簧長度的關(guān)系2.利用“化曲為直”的思想,將探究勁度系數(shù)k與彈簧圈數(shù)n的關(guān)系,轉(zhuǎn)化為探究

與n的關(guān)系圖戊:利用浮力對彈簧彈力大小的影響,探究彈簧的勁度系數(shù)及鉤碼浮力的大小典例2.某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示,一均勻長彈簧豎直懸掛,7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處;通過旁邊豎直放置的刻度尺,可以讀出指針的位置,P0指在0刻度。設(shè)彈簧下端未掛重物時,各指針的位置記為x0;掛有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,各指針的位置記為x。測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示(n為彈簧的圈數(shù),重力加速度取9.80m/s2)。已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧總?cè)?shù)為60,整個彈簧的自由長度為11.88cm。指針P1P2P3P4P5P6x0/cm2.044.066.068.0510.0312.01x/cm2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k/(N·m-1)163①56.043.633.828.8/(m·N-1)0.0061②0.01790.02290.02960.0347(1)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整:①

,②

。

(2)以n為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo),在圖乙中給出的坐標(biāo)紙上畫出-n圖像。甲

乙考題點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系方法:1.分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究彈簧的勁度系數(shù)k與其長度(圈數(shù))的關(guān)系。2.確定實(shí)驗(yàn)思路:掛重物前,各指針對應(yīng)的讀數(shù)為彈簧原長x0,掛重物后,各指針對應(yīng)的讀數(shù)為彈簧伸長后的長度x,則有mg=k(x-x0)。3.制定數(shù)據(jù)分析方案易錯:注意縱、橫坐標(biāo)單位和有效數(shù)字練思維遷移運(yùn)用1.某同學(xué)做探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。(1)圖甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,其示數(shù)為7.73cm;圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,此時彈簧的伸長量Δl為

cm。

(2)本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力,關(guān)于此操作,下列選項(xiàng)規(guī)范的做法是

(填選項(xiàng)前的字母)。

A.逐一增掛鉤碼,記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重B.隨意增減鉤碼,記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量Δl與彈力F的關(guān)系圖線,圖線的AB段明顯偏離直線OA,造成這種現(xiàn)象的主要原因是

。

答案

(1)6.93

(2)A

(3)鉤碼重力超出了彈簧的彈性限度解析

(1)由題圖乙知,讀數(shù)為14.66

cm,所以彈簧伸長量為(14.66-7.73)cm=6.93

cm。(2)若隨意增減鉤碼,會使作圖不方便,且有可能會超出彈簧的彈性限度,所以應(yīng)逐一增掛鉤碼,選項(xiàng)A正確。(3)由題圖丙知AB段伸長量與彈力不成線性關(guān)系,是因?yàn)殂^碼重力超出了彈簧的彈性限度。2.(2018全國Ⅰ卷)如圖甲所示,一彈簧上端固定在支架頂端,下端懸掛一托盤;一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成,主尺豎直固定在彈簧左邊;托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置,簡化為圖中的指針?，F(xiàn)要測量圖甲中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時,移動游標(biāo),使其零刻度線對準(zhǔn)指針,此時標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm;當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時,移動游標(biāo),再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針,標(biāo)尺示數(shù)如圖乙所示,其讀數(shù)為

cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2,此彈簧的勁度系數(shù)為

N/m(保留3位有效數(shù)字)。

答案

3.775

53.73.(2021河北衡水中學(xué)模擬預(yù)測)如圖甲所示,某學(xué)習(xí)小組把兩根彈簧連接起來,測量兩彈簧的勁度系數(shù)。彈簧1上端固定在支架頂端,彈簧1和2下端分別有一能與厘米刻度尺垂直對齊的指針,重力加速度g取10m/s2。(1)某次測量結(jié)果如圖乙所示,指針示數(shù)為

cm。

(2)在兩彈簧彈性限度內(nèi),將質(zhì)量為50g的鉤碼逐個掛在彈簧下端,得到指針A、B的示數(shù)LA、LB,在坐標(biāo)紙上畫出LA、LB與鉤碼個數(shù)n的關(guān)系圖像如圖丙所示。可求出彈簧1、2的勁度系數(shù)分別為k1=

N/m,k2=

N/m。

(3)彈簧2的重力

(選填“會”或“不會”)引起彈簧1的勁度系數(shù)的測量誤差。

答案

(1)15.94

(2)12.5

25

(3)不會解析

(1)由于刻度尺的分度值為1

mm,讀數(shù)要估讀到0.1

mm,指針示數(shù)為15.94

cm。4.某同學(xué)用圖甲所示裝置探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系。彈簧的上端固定在鐵架臺支架上,彈簧的下端固定一水平紙片(彈簧和紙片重力均忽略不計(jì)),激光測距儀可測量地面至水平紙片的豎直距離h。甲

乙(1)該同學(xué)在彈簧下端逐一增掛鉤碼,每增掛一個鉤碼,待彈簧

時,記錄所掛鉤碼的重力和對應(yīng)的h;

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)作出h隨彈簧彈力F變化的圖線如圖乙所示,可得未掛鉤