（通用）高考物理總復(fù)習(xí) 主題二 相互作用與運動定律 實驗：探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系課件 新人教

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1、實驗：探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系實驗：探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?.探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系。探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系。2.學(xué)會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。學(xué)會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。3.驗證胡克定律。驗證胡克定律。二、實驗原理二、實驗原理1.如圖如圖1所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。圖圖1三、實驗器材三、實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。紙。四、實驗

2、步驟四、實驗步驟1.按圖按圖2安裝實驗裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻安裝實驗裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度度l0。圖圖22.在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力。鉤碼的重力。3.增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，表示彈力，l表示彈簧的總長度，表示彈簧的總長度，xll0表示彈簧的伸長量。表示彈簧的伸長量。1234567F/N0l/cmx/cm0五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理1.以彈力以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力大小等于所掛

3、鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐為橫坐標，用描點法作圖。連接各點，得標，用描點法作圖。連接各點，得出彈力出彈力F隨彈簧伸長量隨彈簧伸長量x變化的圖線，變化的圖線，如圖如圖3所示。所示。圖圖3六、誤差分析六、誤差分析由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作，存在較大的測由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作，存在較大的測量誤差，另外由于彈簧自身的重力的影響，即當未放重物時，量誤差，另外由于彈簧自身的重力的影響，即當未放重物時，彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有一個伸長量，這樣所作圖彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有一個伸長量，這樣所作圖線往往不過原點線往往不過原點。七、

4、注意事項七、注意事項1.所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性所掛鉤碼不要過重，以免彈簧被過分拉伸，超出它的彈性限度。限度。2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標上描的點每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標上描的點盡可能稀一些，這樣作出的圖線精確。盡可能稀一些，這樣作出的圖線精確。3.測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差。測量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差。4.描點畫線時，所描的點不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注描點畫線時，所描的點不一定都落在一條直

5、線上，但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。5.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。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。要點一實驗原理及實驗操作要點一實驗原理及實驗操作例例1某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在軸線和刻度尺都應(yīng)在_方向方向(填填“水平水平”或或“豎直豎直”)。(2)彈簧自然懸掛，待彈簧彈簧自然懸掛，待彈簧_時，長度記為時，長度記為L0；彈簧下；彈簧下端掛上砝

6、碼盤時，長度記為端掛上砝碼盤時，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加；在砝碼盤中每次增加10g砝砝碼，彈簧長度依次記為碼，彈簧長度依次記為L1至至L6。數(shù)據(jù)如下表：。數(shù)據(jù)如下表：代表符號代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為_。由表可知。由表可知所用刻度尺的最小分度為所用刻度尺的最小分度為_。(3)圖圖4是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與軸是彈簧長度與_的差

7、值的差值(填填“L0”或或“Lx”)。圖圖4(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_N/m；通過圖和表可知；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為砝碼盤的質(zhì)量為_g。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度取速度取9.8m/s2)解析解析(1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力引起，所為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力引起，所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向。以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向。(2)彈簧靜止時，記錄原長彈簧靜止時，記錄原長L0；表中的數(shù)據(jù)；表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效數(shù)與其他數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)字位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范，標準數(shù)

8、據(jù)應(yīng)讀至厘米位的后不規(guī)范，標準數(shù)據(jù)應(yīng)讀至厘米位的后兩位，最后一位應(yīng)為估計值，精確至兩位，最后一位應(yīng)為估計值，精確至mm位，所以刻度尺的最位，所以刻度尺的最小分度為小分度為1mm。(3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時，時，x為為0，所以所以xLLx。答案答案(1)豎直豎直(2)靜止靜止L31mm(3)Lx(4)4.910要點二實驗數(shù)據(jù)處理要點二實驗數(shù)據(jù)處理例例2一位同學(xué)做一位同學(xué)做“探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系”所所測的幾組數(shù)據(jù)見下表，請你根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出分析。測的幾組數(shù)據(jù)見下表，請你根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出分析。彈力彈力F/N0.51.01.5

9、2.0彈簧原來長度彈簧原來長度L0/cm15.015.015.015.0彈簧后來長度彈簧后來長度L/cm16.017.117.919.0彈簧伸長量彈簧伸長量x/cm(1)算出每一次彈簧的伸長量，并將結(jié)果填在表中的空格內(nèi)。算出每一次彈簧的伸長量，并將結(jié)果填在表中的空格內(nèi)。(2)在坐標圖上作出在坐標圖上作出Fx圖線。圖線。(3)寫出圖線的函數(shù)表達式寫出圖線的函數(shù)表達式(x用用cm作單位作單位)：_。(4)函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義：函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義：_。圖圖5解析解析(1)彈力彈力F/N0.51.01.52.0彈簧伸長量彈簧伸長量x/cm1.02.12.94.0(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)在根據(jù)表

10、格數(shù)據(jù)在Fx坐標圖上描點，根據(jù)描的點作直線，使坐標圖上描點，根據(jù)描的點作直線，使所描各點擬合在直線上所描各點擬合在直線上(不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè)不在直線上的點均勻分布在直線兩側(cè))。(3)根據(jù)根據(jù)(2)中的中的Fx圖線知，圖線知，F(xiàn)與與x是正比例函數(shù)，設(shè)表達式為是正比例函數(shù)，設(shè)表達式為Fkx，將，將F0.5N、x1.0cm代入得代入得k0.5N/cm故函數(shù)表達式為故函數(shù)表達式為F0.5x(N)。(4)函數(shù)表達式中常數(shù)就是彈簧的勁度系數(shù)。函數(shù)表達式中常數(shù)就是彈簧的勁度系數(shù)。答案答案見解析見解析要點三創(chuàng)新實驗要點三創(chuàng)新實驗例例3在在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系探究彈力和

11、彈簧伸長量的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖的實驗中，實驗裝置如圖6所示。所用的每個鉤碼的重力所示。所用的每個鉤碼的重力相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力。實驗時先測出不掛鉤相當于對彈簧提供了向右恒定的拉力。實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度。次測出相應(yīng)的彈簧總長度。圖圖6(1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標系圖組數(shù)據(jù)描點在坐標系圖7中，請作出中，請作出FL圖線。圖線。圖圖7(2)由此圖線可得出該彈簧的原長由此圖線可得

12、出該彈簧的原長L0_cm，勁度系數(shù)，勁度系數(shù)k_N/m。(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實驗情況，幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)試根據(jù)該同學(xué)以上的實驗情況，幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù)不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))。(4)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)該同學(xué)實驗時，把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較，優(yōu)點在于：點在于：_，缺點在于：缺點在于：_。解析解析(1)FL圖線如圖所示：圖線如圖所示：(2)彈簧的原長彈簧的原長L0即彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，即彈力為零時彈簧的長度，由圖象可知，L05102m5cm。勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，勁

13、度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k20N/m。(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表記錄數(shù)據(jù)的表格如下表次數(shù)次數(shù)123456彈力彈力F/N彈簧的長度彈簧的長度L/(102m)(4)優(yōu)點是：可以避免彈簧自身重力對實驗的影響。優(yōu)點是：可以避免彈簧自身重力對實驗的影響。缺點是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炄秉c是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差。誤差。答案答案(1)見解析圖見解析圖(2)520(3)、(4)見解析見解析1.下列關(guān)于下列關(guān)于“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”實驗的說法中正實驗的說法中正確的是確的是()A.實驗中實驗中k的具體數(shù)值必須計算出來的具體數(shù)

14、值必須計算出來B.如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度L代替代替x，F(xiàn)L圖線也圖線也是過原點的一條直線是過原點的一條直線C.利用利用Fx圖線可求出圖線可求出k值值D.實驗時要把所有點連到線上，才能探究得到真實規(guī)律實驗時要把所有點連到線上，才能探究得到真實規(guī)律解析解析“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”實驗中利用實驗中利用Fx圖圖線可求出線可求出k值，但不一定要求解出值，但不一定要求解出k值，實驗中用彈簧長度值，實驗中用彈簧長度L代替代替x，F(xiàn)L圖線不是過原點的一條直線，作圖時絕大多數(shù)圖線不是過原點的一條直線，作圖時絕大多數(shù)點通過直線，偏離較大的點

15、應(yīng)舍去。點通過直線，偏離較大的點應(yīng)舍去。C項項正確正確。答案答案C2.某同學(xué)做某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗，他先把的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然增長，用直尺測出彈簧的原長彈簧平放在桌面上使其自然增長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把把LL0作為彈簧的伸長量作為彈簧的伸長量x。這樣操作，由于彈簧自身重力。這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是的影響，最后畫出的圖線可能是()解析解析由于考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧由

16、于考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量的伸長量x0，所以選，所以選項項C正確正確。答案答案C3.某同學(xué)在某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”時，安裝好實驗裝時，安裝好實驗裝置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛置，讓刻度尺零刻度與彈簧上端平齊，在彈簧下端掛1個鉤碼，個鉤碼，靜止時彈簧長度為靜止時彈簧長度為l1，如，如圖圖8甲甲所示，圖乙是此時固定在彈簧所示，圖乙是此時固定在彈簧掛鉤上的指針在刻度尺掛鉤上的指針在刻度尺(最小分度是最小分度是1毫米毫米)上位置的放大圖，上位置的放大圖，示數(shù)示數(shù)l1_cm。在彈簧下端分別掛。在彈簧下端分別掛2個、個、3個

17、、個、4個、個、5個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是個相同鉤碼，靜止時彈簧長度分別是l2、l3、l4、l5。已知每個。已知每個鉤碼質(zhì)量是鉤碼質(zhì)量是50g，掛，掛2個鉤碼時，彈簧彈力個鉤碼時，彈簧彈力F2_N(當當?shù)刂亓铀俣鹊刂亓铀俣萭9.8m/s2)。要得到彈簧伸長量。要得到彈簧伸長量x，還需要測量，還需要測量的是的是_，作出，作出Fx曲線，得到彈力與彈簧伸長量的曲線，得到彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。關(guān)系。解析解析由圖乙可估讀為由圖乙可估讀為25.85cm。掛。掛2個鉤碼時，彈簧彈力等于個鉤碼時，彈簧彈力等于鉤碼的重力，即鉤碼的重力，即F22mg0.98N。由于彈簧伸長量等于彈簧現(xiàn)。由于彈簧伸長

18、量等于彈簧現(xiàn)在的長度減去彈簧原長，因此要得到伸長量，還需要測量彈簧在的長度減去彈簧原長，因此要得到伸長量，還需要測量彈簧原長。原長。答案答案25.850.98彈簧原長彈簧原長圖圖84.在在“探究彈力和彈簧伸長關(guān)系探究彈力和彈簧伸長關(guān)系”的的實驗中，某實驗小組將不同數(shù)量的實驗中，某實驗小組將不同數(shù)量的鉤碼分別掛在豎直彈簧下端進行測鉤碼分別掛在豎直彈簧下端進行測量，根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù)，利用描點量，根據(jù)實驗所測數(shù)據(jù)，利用描點法作出了所掛鉤碼的重力法作出了所掛鉤碼的重力G與彈簧與彈簧總長總長L的關(guān)系圖象，根據(jù)圖象回答的關(guān)系圖象，根據(jù)圖象回答以下問題。以下問題。(1)彈簧的原長為彈簧的原長為_cm。(2)

19、彈簧的勁度系數(shù)為彈簧的勁度系數(shù)為_N/m。(3)分析圖象，總結(jié)出彈力分析圖象，總結(jié)出彈力F跟彈簧長度跟彈簧長度L之間的關(guān)系式為之間的關(guān)系式為_。(L用用m為單位為單位)圖圖9答案答案(1)10(2)1000(3)F1000(L0.10)N5.某同學(xué)做某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗。的實驗。圖圖10(1)圖圖10甲甲是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示是不掛鉤碼時彈簧下端指針所指的標尺刻度，其示數(shù)為數(shù)為7.73cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針所指的標尺刻度，此時彈簧的伸長量刻度，此時彈簧的伸長量l為為_

20、cm。(2)本實驗通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，本實驗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，下列選項中規(guī)范的做法是關(guān)于此操作，下列選項中規(guī)范的做法是_。(填選項前的填選項前的字母字母)A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重和對應(yīng)的鉤碼總重B.隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針所指的標尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重的鉤碼總重(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量l與彈力與彈力F的關(guān)系圖線，的關(guān)系圖線，圖線的

21、圖線的AB段明顯偏離直線段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是，造成這種現(xiàn)象的主要原因是_。解析解析(1)由題圖乙標尺刻度可知示數(shù)由題圖乙標尺刻度可知示數(shù)l214.66cm，ll2l16.93cm。(2)為防止彈簧超出彈性限度，應(yīng)逐漸增加鉤碼為防止彈簧超出彈性限度，應(yīng)逐漸增加鉤碼的重量，故選的重量，故選A。(3)由圖知由圖知AB段伸長量與彈力不成線性關(guān)系，段伸長量與彈力不成線性關(guān)系，主要原因是鉤碼重力超出彈簧的彈性限度。主要原因是鉤碼重力超出彈簧的彈性限度。答案答案(1)6.93(2)A(3)超出彈簧的彈性限度超出彈簧的彈性限度6.某同學(xué)用如圖某同學(xué)用如圖11甲甲所示的裝置做所示的裝置做

22、“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系系”的實驗。他先測出不掛鉤碼時彈簧下端指針所指刻度尺的實驗。他先測出不掛鉤碼時彈簧下端指針所指刻度尺的刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個增加鉤碼，分別的刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個增加鉤碼，分別測出指針所指刻度尺的刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下測出指針所指刻度尺的刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下(g取取10m/s2)：圖圖11鉤碼質(zhì)量鉤碼質(zhì)量m/g0100200300400500600700刻度尺的刻度尺的刻度刻度x/cm11.7013.4015.1016.8518.6020.3022.1024.05(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在坐標紙根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在坐標紙(圖乙圖乙)上畫出彈簧指針所指刻度尺上畫出彈簧指針所指刻度尺的刻度的刻度x與鉤碼質(zhì)量與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系圖線。的關(guān)系圖線。(2)根據(jù)根據(jù)xm圖線可計算出，該彈簧的勁度系數(shù)為圖線可計算出，該彈簧的勁度系數(shù)為_N/m。(結(jié)果保留結(jié)果保留3位有效數(shù)字位有效數(shù)字)解析解析(1)描點作圖，如圖所示：描點作圖，如圖所示：答案答案(1)見解析圖見解析圖(2)58.3(56.558.5)