《奪冠之路》福建專用高三物理一輪復(fù)習(xí) 第2章第5課時(shí) 實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系課件 魯科

第五課時(shí)實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系1．理解彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系的探究原理和方法，并能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作．2．知道并會(huì)分析實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生原因，以便進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)．3．熟練掌握列表法、圖象法等分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法．探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量間的函數(shù)關(guān)系．一、實(shí)驗(yàn)原理1．如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)，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(zhǎng)度可用刻度尺直接測(cè)出，伸長(zhǎng)量可以由拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧原來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算．這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系了．二、實(shí)驗(yàn)器材下面帶掛鉤的彈簧、刻度尺、鐵架臺(tái)、鉤碼若干．三、實(shí)驗(yàn)步驟1．將彈簧不帶掛鉤的一端掛在鐵架臺(tái)上，讓其自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧未掛鉤碼時(shí)的長(zhǎng)度l0.2．如圖所示，在彈簧的掛鉤上掛上鉤碼，待彈簧穩(wěn)定后，記錄下彈簧的總長(zhǎng)度及鉤碼的總重，填寫在記錄表格里．3．改變鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)前面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，再讀出幾組數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)記錄在表格里.1234567鉤碼總重G/N彈簧總長(zhǎng)度l/cm彈簧總伸長(zhǎng)量x/cm4.彈簧的彈力等于鉤碼所受的重力，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)以彈力F為縱坐標(biāo)，以彈簧的總伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)作圖法描出各點(diǎn)．5．探索結(jié)論：按照Fx圖象中各點(diǎn)的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)．所畫的點(diǎn)不一定正好在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同．嘗試寫出曲線所代表的函數(shù)關(guān)系．6．得出彈力F和彈簧伸長(zhǎng)量x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．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，刻度尺盡量靠近彈簧，標(biāo)出未掛鉤碼、掛鉤碼時(shí)的彈簧長(zhǎng)度，并記錄鉤碼總重和彈簧伸長(zhǎng)量．四、注意事項(xiàng)1．每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，以便使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀疏，這樣作出的圖線更精確．2．測(cè)彈簧長(zhǎng)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，讀數(shù)時(shí)，視線要水平，力求讀數(shù)準(zhǔn)確，以免增大誤差．3．實(shí)驗(yàn)中，要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)．4．建坐標(biāo)系時(shí)，要選擇合適標(biāo)度，以使所畫曲線占據(jù)整個(gè)坐標(biāo)紙．5．畫圖線時(shí)，不一定要讓所有點(diǎn)都正好在曲線上，但應(yīng)注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同，偏離太遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍棄．五、誤差分析1．彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不夠準(zhǔn)確．2．描點(diǎn)、畫線不準(zhǔn)確．對(duì)實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)原原理理的的考考查查【例1】】如圖圖(甲)所示示為為測(cè)測(cè)定定輕輕彈彈簧簧勁勁度度系系數(shù)數(shù)的的裝裝置置，，被被測(cè)測(cè)彈彈簧簧一一端端固固定定于于A點(diǎn)，，另另一一端端B用細(xì)細(xì)繩繩繞繞過(guò)過(guò)定定滑滑輪輪掛掛鉤鉤碼碼，，旁旁邊邊豎豎直直固固定定一一最最小小刻刻度度為為毫毫米米的的刻刻度度尺尺，，當(dāng)當(dāng)掛掛兩兩個(gè)個(gè)鉤鉤碼碼時(shí)時(shí)，，繩繩上上的的定定點(diǎn)點(diǎn)P對(duì)應(yīng)應(yīng)的的刻刻度度如如圖圖(乙)中的的虛虛線線ab所示示，，再再增增加加一一個(gè)個(gè)鉤鉤碼碼后后，，P點(diǎn)對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的刻刻度度如如圖圖(乙)中的的虛虛線線cd所示示，，已已知知每每個(gè)個(gè)鉤鉤碼碼質(zhì)質(zhì)量量為為50g，重力加加速度g取9.8m/s2.則被測(cè)彈彈簧的勁勁度系數(shù)數(shù)為_(kāi)_______N/m.掛三個(gè)鉤鉤碼時(shí)彈彈簧的形形變量為為_(kāi)_______cm.答案：702.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)的處理理【例2】某同學(xué)用用如圖(甲)所示裝置置做“探究彈力力和彈簧簧伸長(zhǎng)的的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．．他先測(cè)測(cè)出不掛掛鉤碼時(shí)時(shí)彈簧下下端指針針?biāo)傅牡臉?biāo)尺刻刻度，然然后在彈彈簧下端端掛上鉤鉤碼，并并逐個(gè)增增加鉤碼碼，測(cè)出出指針?biāo)傅臉?biāo)標(biāo)尺刻度度，所得得數(shù)據(jù)列列表如下下：(重力加速速度g取9.8m/s2)鉤碼質(zhì)量m/×102g01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/×10－2m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)，，在如圖圖(乙)所示坐標(biāo)標(biāo)紙上作作出彈簧簧指針?biāo)傅臉?biāo)標(biāo)尺刻度度x與鉤碼質(zhì)質(zhì)量m的關(guān)系曲曲線．(2)根據(jù)所測(cè)測(cè)得的數(shù)數(shù)據(jù)和關(guān)關(guān)系曲線線可以判判斷，在在________范圍內(nèi)彈彈力大小小與彈簧簧伸長(zhǎng)關(guān)關(guān)系滿足足胡克定定律．這這種規(guī)格格的彈簧簧的勁度度系數(shù)為為_(kāi)_______N/m.思路點(diǎn)撥撥：根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)提提供的數(shù)數(shù)據(jù)描點(diǎn)點(diǎn)完成xm圖象．結(jié)結(jié)合圖線線的變化化規(guī)律求求解．解析：(1)根據(jù)表中中數(shù)據(jù)描描點(diǎn)，按按照各點(diǎn)點(diǎn)的分布布與走向向，作出出一條平平滑的曲曲線，如如圖所示示．(2)由關(guān)系曲曲線可以以看出，，鉤碼質(zhì)質(zhì)量在0～500g范圍內(nèi)，，圖線近近似為一一條直線線，即滿滿足彈簧簧的拉力力和形變變量成正正比(胡克定律律)．當(dāng)不掛掛鉤碼時(shí)時(shí)，彈簧簧的長(zhǎng)度度l0＝15×10－2m．當(dāng)鉤鉤碼質(zhì)質(zhì)量m＝500g時(shí)，l≈35×10－2m，由ΔF＝mg＝kΔx得：答案：：(1)見(jiàn)解析析(2)0～500g24.5(1)描點(diǎn)畫畫線的的原則則：大大部分分點(diǎn)在在線上上，不不在線線上的的點(diǎn)盡盡量均均勻分分布在在線的的兩側(cè)側(cè)．所所畫線線應(yīng)是是直線線或光光滑曲曲線，，而不不能依依據(jù)每每一個(gè)個(gè)點(diǎn)連連成折折線．．(2)圖線的的斜率率、圖圖線與與縱、、橫軸軸的交交點(diǎn)應(yīng)應(yīng)是分分析問(wèn)問(wèn)題時(shí)時(shí)的關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)．(3)本題中中實(shí)驗(yàn)驗(yàn)圖線線的彎彎曲部部分說(shuō)說(shuō)明超超出了了彈簧簧的彈彈性限限度．．創(chuàng)新性性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)【例3】(2011年福建建龍巖巖模擬擬)小明和和小紅紅同學(xué)學(xué)對(duì)如如圖(甲)所示的的自制制“橡皮筋筋測(cè)力力計(jì)”進(jìn)行標(biāo)標(biāo)度(均在橡橡皮筋筋的彈彈性范范圍內(nèi)內(nèi)進(jìn)行行)．(1)小明測(cè)測(cè)量了了不掛掛鉤碼碼和掛掛1個(gè)鉤碼碼時(shí)的的指針針指在在刻度度尺上上的位位置分分別為為5.00cm和5.60cm，然后后根據(jù)據(jù)所學(xué)學(xué)彈簧簧彈力力的知知識(shí)，，經(jīng)過(guò)過(guò)類比比，按按彈簧簧測(cè)力力計(jì)的的刻度度規(guī)律律在刻刻度尺尺上依依次進(jìn)進(jìn)行了了標(biāo)度度，則則小明明應(yīng)在在刻度度尺_(dá)_______cm處標(biāo)示示掛5個(gè)鉤碼碼的指指針位位置．．(2)小紅分分別測(cè)測(cè)量了了不掛掛鉤碼碼、掛掛1個(gè)鉤碼碼、掛掛2個(gè)鉤碼碼……指針在在刻度度尺上上的位位置，，并按按實(shí)際際測(cè)量量進(jìn)行行標(biāo)度度，其其數(shù)據(jù)據(jù)如下下表：：掛鉤碼的個(gè)數(shù)01234567指針在刻度尺上的位置x(cm)5.005.606.307.208.309.6011.0012.50請(qǐng)?jiān)谌缛鐖D(乙)所示坐坐標(biāo)系系中畫畫出指指針在在刻度度尺上上所指指的刻刻度x與所掛掛鉤碼碼個(gè)數(shù)數(shù)的關(guān)關(guān)系圖圖象．．(3)請(qǐng)你分分析小小明和和小紅紅的標(biāo)標(biāo)度方方法誰(shuí)誰(shuí)更科科學(xué)(說(shuō)明理理由)：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.解析：：(1)由胡克克定律律知，，若掛掛5個(gè)鉤碼碼，橡橡皮筋筋形變變量為為Δx＝0.6×5cm＝3cm.應(yīng)標(biāo)在在8cm處．(2)描點(diǎn)畫畫圖如如圖所所示．．(3)小紅的的做法法更科科學(xué)，，因?yàn)闉橄鹌てそ钏芾εc與其伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)度不不成線線性關(guān)關(guān)系，，所以以不能能與彈彈簧進(jìn)進(jìn)行類類比，，要進(jìn)進(jìn)行實(shí)實(shí)際測(cè)測(cè)量(其他相相應(yīng)合合理說(shuō)說(shuō)法也也正確確)．答案：：(1)8.00(2)、(3)見(jiàn)解析析(2010年福建建理綜綜，19(2))某實(shí)驗(yàn)驗(yàn)小組組研究究橡皮皮筋伸伸長(zhǎng)與與所受受拉力力的關(guān)關(guān)系．．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，，將原原長(zhǎng)約約200mm的橡皮皮筋上上端固固定，，在豎豎直懸懸掛的的橡皮皮筋下下端逐逐一增增掛鉤鉤碼(質(zhì)量均均為20g)，每增增掛一一只鉤鉤碼均均記下下對(duì)應(yīng)應(yīng)的橡橡皮筋筋伸長(zhǎng)長(zhǎng)量．．當(dāng)掛掛上10只鉤碼后，，再逐一把把鉤碼取下下，每取下下一只鉤碼碼，也記下下對(duì)應(yīng)的橡橡皮筋伸長(zhǎng)長(zhǎng)量．根據(jù)據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)據(jù)，作出增增掛鉤碼和和減掛鉤碼碼時(shí)的橡皮皮筋伸長(zhǎng)量量Δl與拉力F關(guān)系的圖象象如圖所示示．從圖象象中可以得得出__D__.(填選項(xiàng)前的的字母)A．增掛鉤碼碼時(shí)Δl與F成正比，而而減掛鉤碼碼時(shí)Δl與F不成正比B．當(dāng)所掛鉤鉤碼數(shù)相同同時(shí)，增掛掛鉤碼時(shí)橡橡皮筋的伸伸長(zhǎng)量比減減掛鉤碼時(shí)時(shí)的大C．當(dāng)所掛鉤鉤碼數(shù)相同同時(shí)，增掛掛鉤碼時(shí)橡橡皮筋的伸伸長(zhǎng)量與減減掛鉤碼時(shí)時(shí)的相等D．增掛鉤碼碼時(shí)所掛鉤鉤碼數(shù)過(guò)多多，導(dǎo)致橡橡皮筋超出出彈性限度度解析：①題中圖象象為曲線，，不是正比比例圖線，，故A錯(cuò)誤；②由題中圖圖象知，當(dāng)當(dāng)所掛鉤碼碼數(shù)相同時(shí)時(shí)，增掛鉤鉤碼時(shí)橡皮皮筋的伸長(zhǎng)長(zhǎng)量比減掛掛鉤碼時(shí)的的小，故B、C錯(cuò)誤．本題考查了了彈力大小小和橡皮筋筋伸長(zhǎng)量的的關(guān)系，試試題難度為為中檔．正正確理解實(shí)實(shí)驗(yàn)的原理理及圖象中中的信息是是解題的關(guān)關(guān)鍵．【測(cè)控控導(dǎo)導(dǎo)航航】考點(diǎn)題號(hào)1.實(shí)驗(yàn)原理的考查12.實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用2、33.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)41.某同同學(xué)學(xué)做做“探究究彈彈力力和和彈彈簧簧伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)的的關(guān)關(guān)系系”的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，，他他先先把把彈彈簧簧平平放放在在桌桌面面上上使使其其自自然然伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)，，用用直直尺尺測(cè)測(cè)出出彈彈簧簧的的原原長(zhǎng)長(zhǎng)L0，再再把把彈彈簧簧豎豎直直懸懸掛掛起起來(lái)來(lái)，，掛掛上上鉤鉤碼碼后后測(cè)測(cè)出出彈彈簧簧伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)后后的的長(zhǎng)長(zhǎng)度度L，把把L－L0作為為彈彈簧簧的的伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)量量x，這這樣樣操操作作，，由由于于彈彈簧簧自自身身重重力力的的影影響響，，最最后后畫畫出出的的圖圖象象可可能能是是圖圖中中的的__C__.解析析：：由于于考考慮慮彈彈簧簧自自身身重重力力的的影影響響，，當(dāng)當(dāng)不不掛掛鉤鉤碼碼時(shí)時(shí)，，彈彈簧簧的的伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)量量x≠≠0，所所以以選選C.2．如圖圖(甲)所示示，，一一個(gè)個(gè)彈彈簧簧一一端端固固定定在在傳傳感感器器上上，，傳傳感感器器與與電電腦腦相相連連．．當(dāng)當(dāng)對(duì)對(duì)彈彈簧簧施施加加變變化化的的作作用用力力(拉力力或或壓壓力力)時(shí)，，在在電電腦腦上上得得到到了了彈彈簧簧形形變變量量與與彈彈簧簧產(chǎn)產(chǎn)生生的的彈彈力力大大小小的的關(guān)關(guān)系系圖圖象象如如圖圖(乙)所示示．．則則下下列列判判斷斷不不正正確確的的是是__A__.A．彈彈簧簧產(chǎn)產(chǎn)生生的的彈彈力力和和彈彈簧簧的的長(zhǎng)長(zhǎng)度度成成正正比比B．彈彈簧簧長(zhǎng)長(zhǎng)度度的的增增加加量量與與對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的彈彈力力增增加加量量成成正正比比C．該彈簧的勁勁度系數(shù)是200N/mD．該彈簧受到到反向壓力時(shí)時(shí)，勁度系數(shù)數(shù)不變3．下表是某同學(xué)學(xué)為“探究彈力和彈彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)關(guān)系”所測(cè)的幾組數(shù)數(shù)據(jù)：彈力F/N0.51.01.52.02.5彈簧伸長(zhǎng)量x/cm2.65.06.89.812.4(1)在如圖所示的的坐標(biāo)紙上作作出Fx圖象．(2)寫出圖線所代代表的函數(shù)(x用m作單位)．(3)解釋函數(shù)表達(dá)達(dá)式中常數(shù)的的物理意義．．解析：(1)將x軸每一小格取取為1cm，y軸每一小格取取為0.25N，將各點(diǎn)描到到坐標(biāo)紙上，，并連線，如如圖所示．(2)由圖象得F＝20x(N)．(3)函數(shù)表達(dá)式中中的常數(shù)表示示使彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)(或壓縮)1m所需的拉力為為20N.答案：見(jiàn)解析(1)同一橡皮繩的的x加i________x減i(大于或小于)；(2)________同學(xué)的數(shù)據(jù)更更符合實(shí)驗(yàn)要要求(甲或乙)；(3)選擇一組數(shù)據(jù)據(jù)用作圖法得得出該橡皮繩繩的勁度系數(shù)數(shù)k(N/m)；(4)為了更好地測(cè)測(cè)量勁度系數(shù)數(shù)，在選用鉤鉤碼時(shí)需考慮慮的因素有哪哪些？解析：(1)橡皮繩經(jīng)過(guò)拉拉伸后并不能能完全