（新課標(biāo)）2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系教案

PAGE1-實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系[根本要求][數(shù)據(jù)處理]1.以力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)，根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn).2.按照圖中各點(diǎn)的分布與走向，作出一條平滑的圖線.所畫的點(diǎn)不一定正好都在這條圖線上，但要注意使圖線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同.3.以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù)表達(dá)式，并解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義.[誤差分析]1.鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差.2.畫圖時描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差.[考前須知]1.安裝實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(yīng)關(guān)系及單位.考向1對實(shí)驗(yàn)操作的考查[典例1](2022·福建卷)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，以下選項(xiàng)中標(biāo)準(zhǔn)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_________________________________________.[解析](1)圖乙的示數(shù)為14.66cm，所以彈簧的伸長量為(14.66－7.73)cm＝6.93cm.(2)為了得到較多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，應(yīng)逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼彈簧的長度和鉤碼的總重力，即A正確.(3)不遵循胡克定律，說明超出了彈簧的彈性限度.[答案](1)6.93(2)A(3)超過彈簧的彈性限度(1)實(shí)驗(yàn)中不能掛過多的鉤碼，使彈簧超過彈性限度.(2)作圖象時，不要連成“折線〞，而應(yīng)盡量讓坐標(biāo)點(diǎn)落在直線上或均勻分布在兩側(cè).考向2對數(shù)據(jù)處理和誤差的考查[典例2]某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并測量彈簧的勁度系數(shù)k.他先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將分度值是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺面上.當(dāng)彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0；彈簧下端掛一個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L1；彈簧下端掛兩個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2；…；掛七個50g的砝碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L7.(1)下表記錄的是該同學(xué)已測出的6個數(shù)值，其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤，它們的代表符號分別是和.代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7刻度數(shù)值/cm1.703.405.108.6010.312.1(2)實(shí)驗(yàn)中，L3和L7兩個數(shù)值還沒有測定，請你根據(jù)以下圖讀數(shù)將這兩個測量值填入記錄表中.(3)為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計(jì)算出了三個差值：d1＝L4－L0＝6.90cm，d2＝L5－L1＝6.90cm，d3＝L6－L2＝7.00cm.請你給出第四個差值：d4＝＝cm.(4)根據(jù)以上差值，可以求出每增加50g砝碼，彈簧平均伸長量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子為：ΔL＝.代入數(shù)據(jù)解得ΔL＝cm.(5)計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)k＝N/m.(g取9.8m/s2)[解析](1)通過對6個值的分析可知記錄有誤的是L5、L6(估讀位不正確).(2)用分度值是毫米的刻度尺測量時，應(yīng)正確讀數(shù)并記錄到毫米的下一位，由題圖知L3＝6.85cm，L7＝14.05cm.(3)利用逐差法并結(jié)合已求差值可知第四個差值d4＝L7－L3＝14.05cm－6.85cm＝7.20cm.(4)ΔL＝eq\f(d1＋d2＋d3＋d4,4×4)＝eq\f(6.90＋6.90＋7.00＋7.20,16)cm＝1.75cm.(5)ΔF＝k·ΔL，又ΔF＝mg，所以k＝eq\f(ΔF,ΔL)＝eq\f(mg,ΔL)＝eq\f(0.05×9.8,0.0175)N/m＝28N/m.[答案](1)L5L6(2)6.85(6.84～6.86)14.05(14.04～14.06)(3)L7－L37.20(7.18～7.22)(4)eq\f(d1＋d2＋d3＋d4,4×4)1.75(5)28實(shí)驗(yàn)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(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，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(diǎn)的情況，作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線.(2)列表法：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系.考向3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改良本實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量是彈力和彈簧的伸長量，命題創(chuàng)新的方向有：1.運(yùn)用k＝eq\f(ΔF,Δx)來處理數(shù)據(jù).(1)將“彈力變化量〞轉(zhuǎn)化為“質(zhì)量變化量〞；(2)將“彈簧伸長量〞轉(zhuǎn)化為“彈簧長度變化量〞.2.將彈簧平放在桌面上，消除彈簧自身重力的影響.3.利用計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)，得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象.4.將彈簧換為橡皮條.[典例3](2022·湖南益陽調(diào)研)彈簧的彈力與其形變量是遵循胡克定律的.其實(shí)橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成正比，即F＝kx，其中k是一個比例系數(shù)，類似于彈簧的勁度系數(shù)，k的值與橡皮筋未受到拉力時的長度L、橫截面積S有關(guān).理論與實(shí)驗(yàn)都說明k＝eq\f(YS,L)，其中Y是由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)中稱之為楊氏模量.(1)物理公式能夠反映物理量的單位關(guān)系，那么在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應(yīng)該是()A.N B.mC.N/m D.N/m2(2)有一段橫截面積是圓形的橡皮筋，用螺旋測微器測量它的直徑如圖甲所示，那么讀數(shù)為mm.(3)通過實(shí)驗(yàn)測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù)，并作出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖象如圖乙所示.圖象中圖線發(fā)生彎曲的原因是________________________________________.[解析](1)由F＝kx可知k的單位為N/m，由k＝eq\f(YS,L)，可得Y＝eq\f(kL,S)，又知L的單位為m，S的單位為m2，那么Y的單位為eq\f(N,m)·eq\f(m,m2)＝N/m2，應(yīng)選D.(2)橡皮筋直徑d＝2.5mm＋0.01×4.3mm＝2.543mm.(3)圖象中圖線發(fā)生彎曲的原因是：橡皮筋受力超出其彈性限度，不再遵循伸長量x與彈力F成正比的規(guī)律.[答案](1)D(2)2.541～2.545之間均可(3)見解析[典例4]在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系〞時，某同學(xué)把兩根彈簧如圖甲連接起來進(jìn)行探究.鉤碼數(shù)1234LA/cm15.7119.7123.6627.76LB/cm29.9635.7641.5147.36(1)某次測量如圖乙所示，指針示數(shù)為cm.(2)在彈性限度內(nèi)，將50g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(jì)算彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)為N/m(重力加速度取g＝10m/s2).由表中數(shù)據(jù)(填“能〞或“不能〞)計(jì)算出彈簧Ⅱ的勁度系數(shù).[解析](1)刻度尺讀數(shù)時需要估讀到精確位的下一位，由題圖可知指針示數(shù)為16.00cm，考慮到誤差范圍，15.95～16.05cm均算對.(2)由胡克定律F＝kx，結(jié)合題表中數(shù)據(jù)可知彈簧Ⅰ的勁度系數(shù)k1＝eq\f(50×10－3×10,19.71－15.71〕×10－2)N/m＝