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第二章相互作用實驗二探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實驗知識·自主回顧核心考點·重點突破提能訓(xùn)練練案[12]實驗知識·自主回顧一、實驗?zāi)康?1)探究彈力與______________的定量關(guān)系。(2)學(xué)會利用圖像研究兩個物理量之間的關(guān)系的方法。二、實驗原理(1)如圖所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長,平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與______________大小相等。彈簧形變量鉤碼總重力(2)用刻度尺測出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長量,建立坐標系,以縱坐標表示彈力大小F,以橫坐標表示彈簧的伸長量x,在坐標系中找出實驗所測得的各組(x,F(xiàn))對應(yīng)的點,用______________連接起來,根據(jù)實驗所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系。平滑的曲線三、實驗器材除輕質(zhì)彈簧(一根),鉤碼(一盒),刻度尺,鐵架臺外,還需______,_______,三角板。四、實驗步驟(1)如圖所示,將鐵架臺放于桌面上(固定好),將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上,在靠近彈簧處將刻度尺(分度值為1mm)固定于鐵架臺上,并用__________檢查刻度尺是否豎直。重垂線坐標紙重垂線(2)記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0。(3)在彈簧下端掛上一個鉤碼,待鉤碼靜止后,記下彈簧下端所對應(yīng)的刻度L1。(4)用上面方法,記下彈簧下端掛2個、3個、4個……鉤碼時,彈簧下端所對應(yīng)的刻度L2、L3、L4……并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中。(5)用xn=Ln-L0計算出彈簧掛1個、2個、3個……鉤碼時彈簧的伸長量,并根據(jù)當?shù)刂亓铀俣戎礸,計算出所掛鉤碼的總重力,這個總重力就等于________的大小,將所得數(shù)據(jù)填入表格。彈力(6)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標紙上描點,最好以__________為縱坐標,以彈簧的____________為橫坐標。鉤碼個數(shù)刻度伸長量x彈力F0L0=
1L1=x1=L1-L0F1=2L2=x2=L2-L0F2=3L3=x3=L3-L0F3=????6L6=x6=L6-L0F6=彈力F伸長量x(7)按照圖中各點的分布與走向,嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)。所畫的點不一定正好都在這條曲線上,但要注意使曲線兩側(cè)的點數(shù)大致相同。(8)以彈簧的伸長為自變量,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)。(9)解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。五、誤差分析(1)鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確以及畫圖時描點連線不準確等都會引起實驗誤差。(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),故圖像甲發(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,故圖像乙橫軸截距不為零。六、注意事項1.安裝實驗裝置:要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。2.不要超過彈性限度:實驗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。核心考點·重點突破1教材原型實驗(基礎(chǔ)考點·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】
(實驗原理和數(shù)據(jù)處理)在探究彈簧彈力大小與伸長量關(guān)系的實驗中,第一組同學(xué)設(shè)計了如圖1所示的實驗裝置。在彈簧兩端各系一輕細的繩套,利用一個繩套將彈簧懸掛在鐵架臺上,另一端的繩套用來懸掛鉤碼。先測出不掛鉤碼時彈簧的長度,再將鉤碼逐個掛在彈簧的下端,每次都測出鉤碼靜止時相應(yīng)的彈簧總長度L,再算出彈簧伸長的長度x,并將數(shù)據(jù)填在表格中。(1)在圖2所示的坐標紙上已經(jīng)描出了其中5次測量的彈簧彈力大小F與彈簧伸長的長度x對應(yīng)的數(shù)據(jù)點,請把第4次測量的數(shù)據(jù)對應(yīng)點描繪出來,并作出F-x圖線。__________測量次序123456彈簧彈力F/N00.51.01.52.02.5彈簧的總長度L/cm13.0015.0517.1019.0021.0023.00彈簧伸長的長度x/cm02.054.106.008.0010.00見解析(2)根據(jù)(1)所得的F-x圖線可知,下列說法正確的是________(選填選項前的字母)。A.彈簧彈力大小與彈簧的總長度成正比B.彈簧彈力大小與彈簧伸長的長度成正比C.該彈簧的勁度系數(shù)為25N/mD.該彈簧的勁度系數(shù)為0.25N/mBC(3)某同學(xué)想粗略測量一個原長約20cm的彈簧的勁度系數(shù),但他手頭只有一個量程是20cm的刻度尺,于是他在彈簧的中央固定一個用于讀數(shù)的指針,如圖3所示。彈簧下端未懸掛鉤碼,靜止時指針對應(yīng)的刻度為l1;彈簧下端掛一質(zhì)量為m的鉤碼,靜止時指針對應(yīng)的刻度為l2。已知當?shù)氐闹亓铀俣葹間,則該彈簧的勁度系數(shù)可表示為__________。[解析]
(1)根據(jù)題中表內(nèi)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出對應(yīng)點,然后作出圖像如圖所示。(3)由題意可知,彈簧的伸長量x=2(l2-l1)由胡克定律與平衡條件得mg=kx(實驗器材、實驗操作和誤差分析)如圖甲所示,用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量均為m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)為完成實驗,還需要的實驗器材有:__________??潭瘸?2)實驗中需要測量的物理量有:______________________________________________。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長量x的F-x圖線,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為______N/m。圖線不過原點是由于________________。(4)為完成該實驗,設(shè)計實驗步驟如下:A.以彈簧伸長量為橫坐標,以彈力為縱坐標,描出各組(x,F(xiàn))對應(yīng)的點,并用平滑的曲線連接起來;B.記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0;彈簧原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度200彈簧自身的重力C.將鐵架臺固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一把刻度尺;D.依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個、…鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(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)表達式中常數(shù)的物理意義;G.整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來:__________________。CBDAEFG[解析]
(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和掛上鉤碼后的長度。(2)根據(jù)實驗原理,實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度。2創(chuàng)新實驗提升(能力考點·深度研析)實驗裝置和實驗器材的改進(1)將彈簧水平放置或穿過一根水平光滑的直桿,在水平方向做實驗,消除了彈簧自重的影響。(2)利用計算機及傳感器技術(shù),將彈簧水平放置,且一端固定在傳感器上,傳感器與計算機相連,對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時,計算機上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖像,分析圖像得出結(jié)論。?考向1實驗裝置的改進(2021·廣東卷,11)某興趣小組測量一緩沖裝置中彈簧的勁度系數(shù),緩沖裝置如圖所示,固定在斜面上的透明有機玻璃管與水平面夾角為30°,彈簧固定在有機玻璃管底端。實驗過程如下:先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺,再將單個質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個從管口滑進,每滑進一個鋼球,待彈簧靜止,記錄管內(nèi)鋼球的個數(shù)n和彈簧上端對應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln,數(shù)據(jù)如表所示。實驗過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計算彈簧壓縮量,進而計算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.096.046.05348.6?考向2實驗儀器和實驗方法的創(chuàng)新?考向3實驗方法的遷移應(yīng)用(2022·湖南卷)小圓同學(xué)用橡皮筋、同種一元硬幣、刻度尺、塑料袋、支架等,設(shè)計了如圖(a)所示的實驗裝置,測量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實驗步驟如下:(1)查找資料,得知每枚硬幣的質(zhì)量為6.05g;(2)將硬幣以5枚為一組逐次加入塑料袋,測量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長度l,記錄數(shù)據(jù)如下表:序號12345硬幣數(shù)量n/枚510152025長度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(b)上描點,繪制圖線;__________見解析(4)取出全部硬幣,把冰墩墩玩具放入塑料袋中,穩(wěn)定后橡皮筋長度的示數(shù)如圖(c)所示,此時橡皮筋的長度為__________cm;(5)由
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