2019版高考物理总复习实验创新增分专题二探究弹力和弹簧伸长的关系学案20180517371.wps
《2019版高考物理总复习实验创新增分专题二探究弹力和弹簧伸长的关系学案20180517371.wps》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019版高考物理总复习实验创新增分专题二探究弹力和弹簧伸长的关系学案20180517371.wps(26页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、实验二 探究弹力和弹簧伸长的 关系 一、实验基础 1目的、原理与器材 2实验步骤 (1)把弹簧悬吊在铁架台上,让弹簧自然下垂,在弹簧不挂钩码时测量弹簧的原长 l0。 (2)将已知质量的砝码挂在弹簧的下端,在平衡时测量弹簧的总长并计算砝码的重力, 记录在表格里。然后改变所挂钩码的质量,重复前面的实验过程多次。 钩码个数 1 F/N l/cm x(ll0)/cm 3数据处理 (1)根据所测数据,在已经准备好的坐标纸上描点。以力为纵坐标,以弹簧的长度为横坐 标。 (2)作图得到的是如图甲所示的图象。尽管是直线,也就是一次函数,但不够简洁,不是 刚好反映函数间的正比关系。处理的办法是将坐标轴平移,就可
2、以得到一个从原点出发的函数 图象(图乙)。这个平移的意义正是弹簧的长度之差,与所要考虑的伸长多少相关。平移后将横 坐标由弹簧的长度改为弹簧的伸长量。 (3)进而找到弹簧的伸长量为自变量,写出实验得到的直线所代表的函数即弹力与弹簧伸 长量的关系。 二、数据处理过程中的误差分析 1系统误差:由钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。 2偶然误差 产生原因 减小方法 弹簧拉力大小的不 弹簧一端固定,另一端通过悬挂钩码来充当对弹簧的拉力, 稳定 待稳定后再读数 弹簧长度测量不准 固定刻度尺,多测几次 描点、作图不准 坐标轴的标度尽量大一些,描线时让尽可能多的点落在线 上或均匀分布于线的两侧 考
3、点 1 基础实验 例 1 如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个质量均为 m的钩码探究在弹性限度内弹簧弹 力与弹簧伸长量的关系。 2 (1)为完成实验,还需要的实验器材有:_。 (2)实验中需要测量的物理量有:_。 (3)图乙是弹簧弹力 F 与弹簧伸长量 x 的 Fx 图线,由此可求出弹簧的劲度系数为 _N/m。图线不过原点是由于_。 (4)为完成该实验,设计实验步骤如下: A以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲 线连接起来; B记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度 l0; C将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一把刻度 尺
4、; D依次在弹簧下端挂上 1 个、2 个、3 个、4个钩码,并分别记下钩码静止时弹簧下端 所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码; E以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与伸长量的关系式,首先尝试写成一次函数,如果 不行,则考虑二次函数; F解释函数表达式中常数的物理意义; G整理仪器。 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:_。 解析 (1)需要测量弹簧的长度,所以需刻度尺。 (2)由 Fkx 所以需测量弹簧原长,弹簧所受的力(钩码个数)和弹簧伸长后对应的长度。 (3)横坐标不是从零开始 7 N k 200 N/m,图线不过原点是由于弹簧本身有重力。 40.5 102 m (4)见答案。 答案
5、 (1)刻度尺 (2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度) (3)200 弹簧有自重 (4)CBDAEFG 实验过程注意事项 (1)悬吊弹簧时要让它自然下垂,别忘了测量弹簧的原长 L0。 3 (2)每改变一次拉力的大小就要做一次测量记录。为了探究弹力和弹簧伸长量的关系,要 尽可能多测几组数据,以便在坐标纸上能描出更多的点。 (3)实验时拉力不要太大(即钩码不能过多),以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度。 要注意观察,适可而止。 (4)在坐标纸上尝试描画一条平滑曲线(包括直线)时,要顺着各点的走向来描,描出的点 不一定正好在曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 (5
6、)写出曲线所代表的函数时,建议首先尝试用一次函数,如果不行再考虑其他函数。 (6)因为记录的数据是用刻度尺测量的,所以读数据要注意读到毫米单位时最后要有一位 估读数字。 在测量弹簧的劲度系数时,将弹簧自然悬挂,长度记为 L自,弹簧下端挂上砝码盘时,长 度记为 L0;在砝码盘中每次增加 10 g 砝码,弹簧长度依次记为 L1至 L6,数据如下表: 代表符 L L L L L L L L 号 自 0 1 2 3 4 5 6 5 7 9 1 1 1 1 1 数值(cm) .35 .35 .35 1.30 3.4 5.35 7.40 9.30 (1)表中有一个数值记录不规范,代表符号为_。由表可知所用
7、刻度尺的最小分度 为_。 (2)如图所示是该同学根据表中数据作的图线,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与 _的差值(“填L自”“或L0”)。 (3)由图可知弹簧的劲度系数为_N/m;通过分析图和表可知砝码盘的质量为 _g(结果保留两位有效数字,重力加速度 g取 9.8 m/s2)。 答案 (1)L3 1 mm (2)L0 (3)4.9 10 解析 (1)长度 L3记录不规范,刻度尺的最小分度为 1 mm。 (2)从题图中看出 x0 时,m0,即不放砝码时所对应的横轴是弹簧长度与 L0的差值。 F 0.06 9.8 (3)弹簧的劲度系数 k N/m4.9 N/m,根据胡克定律得 Fkx x 0.
8、12 0.098 4.9(0.07350.0535) N0.098 N,砝码盘的质量为 kg10 g。 9.8 4 考点 2 数据处理与误差分析 例 2 (2015福建高考)“”某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验。 (1)图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。 (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
9、码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 (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 _。 解析 (1)弹簧伸长后的总长度为 14.66 cm,则伸长量 l14.66 cm7.73 cm6.93 cm。 (2)逐一增挂钩码,便于有规律地描点作图,也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹 性限度而损坏弹簧。A 正确。 (3)AB 段明显偏离直线 OA,伸长量 l 不再与弹力 F 成正比,是超出弹簧的弹性限度造成 的。 答案 (1)6.93 (2)A (3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度 (1
10、)Fx 图象和 Fl 图象的斜率均表示弹簧的劲度系数与弹簧原长无关。 (2)在图象 Fx 中图线有时不通过原点,应考虑弹簧的原长或自重的影响。 (3)悬挂钩码的质量与实际质量不同而带来的误差,使所悬挂钩码的个数越多,质量偏差 就越大。 5 “”在 探究弹力和弹簧伸长的关系 实验中。 (1)某同学使用两条不同的轻质弹簧 a 和 b,得到弹力与弹簧长度的图象如图所示。下列 表述正确的是( ) Aa 的原长比 b 的长 Ba 的劲度系数比 b 的大 Ca 的劲度系数比 b 的小 D测得的弹力与弹簧的长度成正比 (2)为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的钩 码。实验
11、测出了钩码质量 m 与弹簧长度 l 的相应数据,其对应点已在图上标出。作出 ml 的关 系图线。弹簧的劲度系数为_N/m(结果保留三位有效数字)。 (3)若悬挂的钩码的质量比所标数值偏小些,则实验测得的弹簧的劲度系数比实际劲度系 数偏_。 答案 (1)B (2)如图所示 0.266(0.2600.270均正确) (3)大 6 解析 (1)横轴截距是原长,b比 a的原长长,A 错误;斜率表示劲度系数,a的劲度系数 比 b大,B 正确,C 错误;弹簧的弹力与弹簧的变化量成正比,D 错误。 2.5 103 10 (2)选最远的两点,k N/m 18.08.6 102 0.266 N/m。 (3)钩码
12、实际质量偏小,但计算中按标数处理,即力偏大,造成结果偏大。 考点 3 实验的改进与创新 实验 原理的创新 将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆,在水平方向做实验。消除 了弹簧自重的影响 实验 器材的改进 将弹簧水平放置,且一端固定在传感器上,传感器与电脑相连,对弹簧 施加变化的作用力(拉力或推力)时,电脑上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关 系图象,分析图象得出结论 实验 的迁移创新 结合牛顿第二定律或动能定理实验测量摩擦因数等 7 例 3 (2017广州综合测试)(1)某次研究弹簧所受弹力 F 与弹簧长度 L 关系实验时得 到如图甲所示的 FL 图象。由图象可知:弹簧原长 L0_cm,由此求得弹
13、簧的劲度系数 k_N/m。 (2)如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重 G1 N),使(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指 针指示如图乙,则指针所指刻度尺示数为_cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为 _个。 F 解 析 (1)由 题 图 甲 可 知 , 弹 簧 原 长 L0 3.0 cm。 由 胡 克 定 律 F kx, 得 k x 12 N 200 N/m。 0.09 m0.03 m (2)由题图乙可知,指针所指刻度尺示数为 L1.50 cm。设钩码个数为 n,由胡克定律得 nG kL0L 200 N/m 0.03 m0.015 m k(L0L),解得 n 3。 G 1 N 答案 (1)3.0
14、 200 (2)1.50 3 (2017临沂模拟)(多选)如图甲所示,一弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连。 8 当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力的 关系图象,如图乙所示。则下列判断正确的是( ) A弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B弹力增加量与对应的弹簧长度的形变量成正比 C该弹簧的劲度系数是 200 N/m D该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变 答案 BCD F 20 解析 由题图乙知,Fx 是一个过原点的直线,k N/m200 N/m,弹簧产生的 x 0.10 弹力和对应弹簧长度的形变量成正比,弹簧的劲度系数与弹簧所受力的方向无关
15、,A 错误,B、 C、D 正确。 实验三 验证力的平行四边形定则 一、实验基础 1实验目的:验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。 2实验原理 (1)等效法:一个力 F的作用效果和两个力 F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的 橡皮条伸长到同一点,所以一个力 F就是这两个力 F1和 F2的合力,作出力 F的图示,如图 所示。 (2)平行四边形法:根据平行四边形定则作出力 F1和 F2的合力 F 的图示。 (3)验证:比较 F 和 F的大小和方向是否相同,若在误差允许的范围内相同,则验证了 9 力的平行四边形定则。 3实验器材:木板、白纸、图钉若干、橡皮条、细绳、弹簧测力计(2只)、三
16、角板、 刻度尺等。 4实验步骤 (1)用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的木板上,如图所示。 (2)用两个弹簧测力计分别钩住两个绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到 达某一点 O。 (3)用铅笔描下结点 O 的位置和两个细绳套的方向,并记录弹簧测力计的读数 F1、F2, 利用刻度尺和三角板作平行四边形,画出对角线所代表的力 F。 (4)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面实验中的相同位置 O, 记下弹簧测力计的读数 F和细绳的方向。 (5)比较 F 和 F,观察它们在实验误差允许的范围内是否相同。 二、数据处理与误差分析 1数据处理 (1)用铅笔和刻度尺从结点 O 沿两
17、条细绳方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力 计的拉力 F1和 F2的图示,并以 F1和 F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过 O 点画平行四边形的 对角线,此对角线即为合力 F 的图示。 (2)用刻度尺从 O 点按同样的标度沿记录的方向作出实验步骤(4)中弹簧测力计的拉力 F 的图示。 (3)比较 F 与 F是否完全重合或几乎完全重合,从而验证平行四边形定则。 2误差分析:实验误差除弹簧测力计本身的误差外,还主要来源于读数误差和作图误 差两个方面。 10 (1)减小读数误差的方法:弹簧测力计数据在允许的情况下,尽量 大一些。读数时眼睛 11 一定要 正视刻度,要按有效数字正确读数和记录。
18、(2)减小作图误差的方法:作图时两力的对边一定要平行,两个分力 F1、F2间的夹角越大, 12 用平行四边形作出的合力 F 的误差 F 就越大,所以实验中不要把 F1、F2间的夹角取得太 大。 3注意事项 (1)弹簧相同:使用弹簧测力计前,要先观察指针是否指在零刻度处,若指针不在零刻度 10 处,要设法调整指针,使之指在零刻度处。再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向 拉,如果两个示数相同方可使用。 13 (2)位置不变:在同一次实验中,使橡皮条拉长时 结点的位置一定要相同。 14 (3)角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太 小, 也不宜太大,以 601
19、20之间为宜。 (4)尽量减少误差:在合力不超出量程及在橡皮条弹性限度内形变应尽量大一些;细绳套 应适当长一些,便于确定力的方向。 (5)统一标度:在同一次实验中,画力的图示选定的标度要相同,并且要恰当选定标度, 使力的图示稍大一些。 考点 1 基础实验 例 1 (2015安徽高考)在“验证力的平行四边形定则”实验中,某同学用图钉把白纸 固定在水平放置的木板上,将橡皮条的一端固定在板上一点,两个细绳套系在橡皮条的另一端。 用两个弹簧测力计分别拉住两个细绳套,互成角度地施加拉力,使橡皮条伸长,结点到达纸面 上某一位置,如图所示。请将以下的实验操作和处理补充完整: (1)用铅笔描下结点位置,记为
20、O; (2)记录两个弹簧测力计的示数 F1和 F2,沿每条细绳(套)的方向用铅笔分别描出几个点, 用刻度尺把相应的点连成线; (3)只用一个弹簧测力计,通过细绳套把橡皮条的结点仍拉到位置 O,记录测力计的示数 F3,_ _; (4)按照力的图示要求,作出拉力 F1、F2、F3; (5)根据力的平行四边形定则作出 F1和 F2的合力 F; (6)比较_的一致程度,若有较大差异,对其原因进行分析,并作出相应的改进后 再次进行实验。 解析 使一个力 F 的作用效果和两个力 F1、F2的共同作用效果相同,都是让同一条一端固 定的橡皮条伸长到某点,则力 F 就是这两个力 F1、F2的合力。作出 F 的图
21、示,再根据力的平行 四边形定则作出力 F1、F2的合力 F3的图示,比较 F 和 F3的大小和方向是否相同,从而验证力 的平行四边形定则。因为是矢量,所以本实验中必须记录结点 O 的位置以及弹簧弹力的大小和 11 方向。 答案 (3)沿此细绳(套)的方向用铅笔描出几个点,用刻度尺把这些点连成直线 (6)F 和 F3 每次实验保证结点位置保持不变,是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相 同,这是物理学中等效替换的思想方法。由于力不仅有大小,还有方向,若两次橡皮条的伸长 长度相同但结点位置不同,说明两次效果不同,不满足合力与分力的关系,不能验证平行四边 形定则。 “某同学做 验证力的平行
22、四边形定则”的实验情况如图甲所示,其中 A 为固定橡皮条的图 钉,O 为橡皮条与细绳的结点,OB 与 OC 为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。 (1)如果没有操作失误,图乙中的 F 与 F两力中,方向一定沿 AO 方向的是_。 (2)本实验采用的科学方法是_。 A理想实验法 B等效替代法 C控制变量法 D建立物理模型法 (3)实验时,主要的步骤是: A在桌上放一块方木板,在方木板上铺一张白纸,用图钉把白纸钉在方木板上; B用图钉把橡皮条的一端固定在板上的 A 点,在橡皮条的另一端拴上两条细绳,细绳的 另一端系着绳套; C用两个弹簧测力计分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,
23、结点到达某 一位置 O。记录下 O 点的位置,读出两个弹簧测力计的示数 F1和 F2; D按选好的标度,用铅笔和刻度尺作出两个弹簧测力计的拉力 F1和 F2的图示,并用平行 四边形定则求出合力 F; E只用一个弹簧测力计,通过细绳套拉橡皮条使其伸长,读出弹簧测力计的示数 F, 记下细绳的方向,按同一标度作出 F的图示; F比较 F和 F 的大小和方向,看它们是否相同,得出结论。 上述步骤中:有重要遗漏的步骤的序号是_和_; 遗漏的内容分别是_和_。 答案 (1)F (2)B 12 (3)C E C“”中应加上 记下两条细绳的方向 E“中应说明 把橡皮条的结点拉到同 一位置 O” 解析 (1)由
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2019 高考 物理 复习 实验 创新 专题 探究 弹力 弹簧 伸长 关系学 20180517371
链接地址:https://www.31doc.com/p-1568127.html