实验一：探究弹簧形变与弹力的关系课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,6/4/2019,#,实验一：探究弹簧形变与弹力的关系,2020,届高考人教版物理一轮复习,第二章相互作用,实验一：探究弹簧形变与弹力的关系2020届高考人教版物理一轮,基本实验要求,1.,实验原理,弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大,.,2.,实验器材,铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸,.,3.,实验步骤,(1),安装实验仪器,(,如图,1,所示,).,图,1,基本实验要求1.实验原理图1,(2),测量弹簧的伸长量,(,或总长,),及所受的拉力,(,或所挂钩码的质量,),，列表作出记录，要尽可能多测几组数据,.,(3),根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标,.,(4),按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线,(,包括直线,),，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同,.,(5),以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数,.,(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质,规律方法总结,1.,数据处理,(1),列表法,将测得的,F,、,x,填入设计好的表格中，可以发现弹力,F,与弹簧伸长量,x,的比值在误差允许范围内是相等的,.,(2),图象法,以弹簧伸长量,x,为横坐标，弹力,F,为纵坐标，描出,F,、,x,各组数据相应的点，作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线,.,(3),函数法,弹力,F,与弹簧伸长量,x,满足,F,kx,的关系,.,规律方法总结1.数据处理,2.,注意事项,(1),不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度,.,(2),尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据,.,(3),观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点,.,(4),统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位,.,3.,误差分析,(1),钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差,.,(2),画图时描点及连线不准确也会带来误差,.,2.注意事项,处理实验数据的方法,1.,列表分析法：,分析列表中弹簧拉力,F,与对应弹簧的形变量,x,的关系，可以先考虑,F,和,x,的乘积，再考虑,F,和,x,的比值，也可以考虑,F,和,(,x,),2,的关系或,F,和,的,关系等，结论：,为,常数,.,2.,图象分析法：,作出,F,x,图象,，,如,图,2,所示,.,此图象是过坐标原点的一条,直线，,即,F,和,x,成正比关系,.,命题点一教材原型实验,图,2,处理实验数据的方法命题点一教材原型实验图2,作图的规则：,(1),要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸,.,若弹簧原长较长，则横坐标起点可以不从零开始选择,.,(2),作图线时，尽可能使直线通过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧,(,若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去,).,(3),要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义,.,作图的规则：,解析,由,题图乙知，读数为,14.66 cm,，所以弹簧伸长量为,(14.66,7.73)cm,6.93 cm,；,例,1,某同学做,“,探究弹簧形变与弹力的关系,”,的实验,.,(1),图,3,甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为,7.73 cm,；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量,l,为,_,cm,；,图,3,6.93,解析由题图乙知，读数为14.66 cm，所以弹簧伸长量为(,(2),本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作,，,下列,选项中规范的做法是,_.(,填选项前的字母,),A.,逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重,B.,随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重,A,解析,若,随意增减钩码，会使作图不方便，有可能会超出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项,A,正确；,(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关,(3),图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量,l,与弹力,F,的关系图线，图线的,AB,段明显偏离直线,OA,，造成这种现象的主要原因是,_.,钩码重力超过弹簧弹力范围,解析,由,题图丙知,AB,段伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧弹力范围,.,(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，,变式,1,(2019,四川省攀枝花市一模,),某同学用如图,4,所示的装置做,“,探究弹簧形变与弹力的关系,”,的实验,.,他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，分别记录指针所指刻度尺的刻度，所得数据列表如下：,图,4,钩码数,(,个,),0,1,2,3,4,刻度尺的刻度,x,/cm,9.00,10.35,11.66,14.34,(1),当在弹簧下端挂上,3,个钩码时，指针所示位置如图所示，请将上表补充完整,.,13.00,解析,因为,刻度尺的分度值为,1 mm,，故需要估读到,0.1 mm,，所以刻度尺的读数为,130.0 mm,13.00 cm,变式1(2019四川省攀枝花市一模)某同学用如图4所示的,(2),已知实验所用单个钩码质量为,100 g,，当地重力加速度为,9.8 m,/,s,2,，则该弹簧的劲度系数为,_ N/,m.(,结果保留,3,位有效数字,),73.4,(2)已知实验所用单个钩码质量为100 g，当地重力加速度为,本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题,.,命题点二创新实验,器材与方法的创新,高考考情演变,装置时代化,本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查，因此，,求解智能化,1.,弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响,弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响,.,2.,图象的获得：由坐标纸作图得,F,x,图象,由传感器和计算机输入数据直接得,F,x,图象,.,求解智能化1.弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的,例,2,(2018,全国卷,22),如图,5(a),，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针,.,图,5,现要测量图,(a),中弹簧的劲度系数,.,当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为,1.950 cm,；当托盘内放有质量为,0.100 kg,的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图,(b),所示，其读数为,_,_,_,cm.,当地的重力加速度大小为,9.80 m,/,s,2,，此弹簧的劲度系数为,_,N,/,m(,保留,3,位有效数字,).,3.775,53.7,例2(2018全国卷22)如图5(a)，一弹簧上端固,解析,标尺的游标为,20,分度，精确度为,0.05 mm,，游标的第,15,个刻度与主尺刻度对齐，则读数为,37 mm,15,0.05 mm,37.75 mm,3.775 cm.,放入砝码后，弹簧伸长的长度,x,(3.775,1.950)cm,1.825 cm,，,由胡克定律知，,mg,kx,，,解析标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm，游标的第,变式,2,(2018,四川省第二次,“,联测促改,”,),某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如下实验：,如图,6,所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一端固定在,O,点，另一端,A,系一小段轻绳,(,带绳结,),；将制图板竖直固定在铁架台上,.,将质量为,m,100 g,的钩码挂在绳结上，静止时描下橡皮筋下端点的位置,A,0,；用水平力拉,A,点，使,A,点在新的位置静止，描下此时橡皮筋下端点的位置,A,1,；逐步增大水平力，重复,5,次,图,6,取下制图板，量出,A,1,、,A,2,各点到,O,的距离,l,1,、,l,2,量出各次橡皮筋与,OA,0,之间的夹角,1,、,2,变式2(2018四川省第二次“联测促改”)某同学为研究橡,图,7,在坐标纸上,做出,l,的图象如图,7.,完成下列填空：,(1),已知重力加速度为,g,，当橡皮筋与,OA,0,间的夹角为,时，橡皮筋所受的拉力大小为,_(,用,g,、,m,、,表示,).,图7在坐标纸上做出 l的图象如图7.,(2),取,g,10 m/s,2,，由图可得橡皮筋的劲度系数,k,_,N,/,m,，橡皮筋的原长,l,0,_ m.,解得,k,100 N/m,；由题图可知，橡皮筋的原长,l,0,0.21 m.,100,0.21,(2)取g10 m/s2，由图可得橡皮筋的劲度系数k_,例,3,(2016,全国卷,22),某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图,8,所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接,.,向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能,.,(1),实验中涉及到下列操作步骤：,把纸带向左拉直,松手释放物块,接通打点计时器电源,向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量,上述步骤正确的操作顺序是,_,_,_(,填入代表步骤的序号,).,图,8,命题点三拓展实验,探究弹簧的弹性势能,解析,根据,该实验操作过程，正确步骤应为,.,例3(2016全国卷22)某物理小组对轻弹簧的弹性势,(2),图,9,中,M,和,L,纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果,.,打点计时器所用交流电的频率为,50 Hz.,由,M,纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为,_,m/s.,比较两纸带可知，,_(,填,“,M,”,或,“,L,”,),纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大,.,图,9,1.29,M,据纸带中打点的疏密知,M,纸带获得的最大速度较大，对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能较大,.,(2)图9中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实,变式,3,某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连,.,弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图,10,所示,.,向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面,.,通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能,.,图,10,变式3某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻,回答下列问题：,(1),本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能,E,p,与小球抛出时的动能,E,k,相等,.,已知重力加速度大小为,g,.,为求得,E,k,，至少需要测量下列物理量中的,_(,填选项前的字母,).,A.,小球的质量,m,B.,小球抛出点到落地点的水平距离,s,C.,桌面到地面的高度,h,D.,弹簧的压缩量,x,E.,弹簧原长,l,0,ABC,回答下列问题：ABC,解析,小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为,h,，小球抛出点到落地点的水平距离为,s,，,由此可知需要测量的量有,m,、,s,、,h,，故选,A,、,B,、,C.,解析小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为h，小球,(2),用所选取的测量量和已知量表示,E,k,，得,E,k,_.,(