2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第2章 實(shí)驗(yàn)2 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

第二章相互作用實(shí)驗(yàn)二探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[12]實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈力與______________的定量關(guān)系。(2)學(xué)會(huì)利用圖像研究?jī)蓚€(gè)物理量之間的關(guān)系的方法。二、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______________大小相等。彈簧形變量鉤碼總重力(2)用刻度尺測(cè)出彈簧在不同的鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量，建立坐標(biāo)系，以縱坐標(biāo)表示彈力大小F，以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x，在坐標(biāo)系中找出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，用______________連接起來(lái)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長(zhǎng)量間的關(guān)系。平滑的曲線三、實(shí)驗(yàn)器材除輕質(zhì)彈簧(一根)，鉤碼(一盒)，刻度尺，鐵架臺(tái)外，還需______，_______，三角板。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)如圖所示，將鐵架臺(tái)放于桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺(tái)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(tái)上，并用__________檢查刻度尺是否豎直。重垂線坐標(biāo)紙重垂線(2)記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度L0。(3)在彈簧下端掛上一個(gè)鉤碼，待鉤碼靜止后，記下彈簧下端所對(duì)應(yīng)的刻度L1。(4)用上面方法，記下彈簧下端掛2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)……鉤碼時(shí)，彈簧下端所對(duì)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(jì)算出彈簧掛1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)……鉤碼時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量，并根據(jù)當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎礸，計(jì)算出所掛鉤碼的總重力，這個(gè)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(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，最好以__________為縱坐標(biāo)，以彈簧的____________為橫坐標(biāo)。鉤碼個(gè)數(shù)刻度伸長(zhǎng)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(zhǎng)量x(7)按照?qǐng)D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)不一定正好都在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同。(8)以彈簧的伸長(zhǎng)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(dá)式中常數(shù)的物理意義。五、誤差分析(1)鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長(zhǎng)度測(cè)量不準(zhǔn)確以及畫圖時(shí)描點(diǎn)連線不準(zhǔn)確等都會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差。(2)懸掛鉤碼數(shù)量過(guò)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(cè)量其原長(zhǎng)，由于彈簧有自重，將其懸掛起來(lái)后會(huì)有一定的伸長(zhǎng)量，故圖像乙橫軸截距不為零。六、注意事項(xiàng)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(guò)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(guò)彈簧的彈性限度。3．盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測(cè)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(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1教材原型實(shí)驗(yàn)(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】

(實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理)在探究彈簧彈力大小與伸長(zhǎng)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，第一組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置。在彈簧兩端各系一輕細(xì)的繩套，利用一個(gè)繩套將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上，另一端的繩套用來(lái)懸掛鉤碼。先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的長(zhǎng)度，再將鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端，每次都測(cè)出鉤碼靜止時(shí)相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度L，再算出彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x，并將數(shù)據(jù)填在表格中。(1)在圖2所示的坐標(biāo)紙上已經(jīng)描出了其中5次測(cè)量的彈簧彈力大小F與彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，請(qǐng)把第4次測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)描繪出來(lái)，并作出F－x圖線。__________測(cè)量次序123456彈簧彈力F/N00.51.01.52.02.5彈簧的總長(zhǎng)度L/cm13.0015.0517.1019.0021.0023.00彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x/cm02.054.106.008.0010.00見(jiàn)解析(2)根據(jù)(1)所得的F－x圖線可知，下列說(shuō)法正確的是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．彈簧彈力大小與彈簧的總長(zhǎng)度成正比B．彈簧彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)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(cè)量一個(gè)原長(zhǎng)約20cm的彈簧的勁度系數(shù)，但他手頭只有一個(gè)量程是20cm的刻度尺，于是他在彈簧的中央固定一個(gè)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(shí)指針對(duì)應(yīng)的刻度為l1；彈簧下端掛一質(zhì)量為m的鉤碼，靜止時(shí)指針對(duì)應(yīng)的刻度為l2。已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，則該彈簧的勁度系數(shù)可表示為_(kāi)_________。[解析]

(1)根據(jù)題中表內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后作出圖像如圖所示。(3)由題意可知，彈簧的伸長(zhǎng)量x＝2(l2－l1)由胡克定律與平衡條件得mg＝kx(實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)操作和誤差分析)如圖甲所示，用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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(zhǎng)量的關(guān)系。(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：__________。刻度尺(2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有：______________________________________________。(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的F－x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為_(kāi)_____N/m。圖線不過(guò)原點(diǎn)是由于________________。(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來(lái)；B．記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0；彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度200彈簧自身的重力C．將鐵架臺(tái)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(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)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(zhǎng)量為自變量，寫出彈力與伸長(zhǎng)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(dá)式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器。請(qǐng)將以上步驟按操作的先后順序排列出來(lái)：__________________。CBDAEFG[解析]

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來(lái)測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和掛上鉤碼后的長(zhǎng)度。(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧所受外力與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升(能力考點(diǎn)·深度研析)實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)(1)將彈簧水平放置或穿過(guò)一根水平光滑的直桿，在水平方向做實(shí)驗(yàn)，消除了彈簧自重的影響。(2)利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)相連，對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時(shí)，計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)(2021·廣東卷，11)某興趣小組測(cè)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(jī)玻璃管與水平面夾角為30°，彈簧固定在有機(jī)玻璃管底端。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：先沿管軸線方向固定一毫米刻度尺，再將單個(gè)質(zhì)量為200g的鋼球(直徑略小于玻璃管內(nèi)徑)逐個(gè)從管口滑進(jìn)，每滑進(jìn)一個(gè)鋼球，待彈簧靜止，記錄管內(nèi)鋼球的個(gè)數(shù)n和彈簧上端對(duì)應(yīng)的刻度尺示數(shù)Ln，數(shù)據(jù)如表所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。采用逐差法計(jì)算彈簧壓縮量，進(jìn)而計(jì)算其勁度系數(shù)。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.096.046.05348.6?考向2實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新?考向3實(shí)驗(yàn)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(jì)了如圖(a)所示的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量冰墩墩玩具的質(zhì)量。主要實(shí)驗(yàn)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(cè)量每次穩(wěn)定后橡皮筋的長(zhǎng)度l，記錄數(shù)據(jù)如下表：序號(hào)12345硬幣數(shù)量n/枚510152025長(zhǎng)度l/cm10.5112.0213.5415.0516.56(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖(b)上描點(diǎn)，繪制圖線；__________見(jiàn)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(zhǎng)度的示數(shù)如圖(c)所示，此時(shí)橡皮筋的長(zhǎng)度為_(kāi)_________cm；(5)由