【與名師對話】2013屆高考物理總復(fù)習(xí) 第二章 第四講 實(shí)驗(yàn)探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 新人教版必修1

1、,(對應(yīng)學(xué)生用書P31)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椓εc彈簧伸長量的定量關(guān)系，學(xué)會用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力．,二、實(shí)驗(yàn)原理彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等，如圖所示．這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出(可以用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力)；彈簧的長度可用刻度尺測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進(jìn)行計算．多測幾組數(shù)據(jù)，用列表和作圖的方法探索出彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系．,三、實(shí)

2、驗(yàn)器材鐵架臺，彈簧，鉤碼，天平，刻度尺，坐標(biāo)紙，鐵夾等．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．測量彈簧的伸長量(或總長)及所受的拉力(或所掛砝碼的質(zhì)量)，列表作出記錄，要盡可能多測幾組數(shù)據(jù)．2．根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，最好以力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量為橫坐標(biāo)．3．按照圖中各點(diǎn)的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)．4．以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)．5．解釋函數(shù)表達(dá)式中常量的物理意義．,(對應(yīng)學(xué)生用書P32)要點(diǎn)一

3、　　誤差分析　　　1.本實(shí)驗(yàn)的誤差來源之一是因彈簧拉力大小的不穩(wěn)定造成的，因此，使彈簧的懸掛端固定，另一端通過懸掛鉤碼來充當(dāng)對彈簧的拉力，可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度．2.彈簧長度的測量是本實(shí)驗(yàn)的主要誤差來源，所以，測量時盡量精確地測量彈簧的長度．3.在F－x圖象上描點(diǎn)、作圖不準(zhǔn)確．,要點(diǎn)二　　注意事項(xiàng)　　　 1.每次增減鉤碼測量有關(guān)長度時，均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處于靜止?fàn)顟B(tài)，否則，彈簧彈力將可能與鉤碼重力不相等．2.彈

4、簧下端增加鉤碼時，注意不要超過彈簧的限度．3.測量有關(guān)長度時，應(yīng)區(qū)別彈簧原長l0、實(shí)際總長l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系．4.建立平面直角坐標(biāo)系時，兩軸上單位長度所代表的量值要適當(dāng)，不可過大，也不可過?。?.描線的原則是，盡量使各點(diǎn)落在描畫出的線上，少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的曲線．6.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(diǎn)三　　實(shí)驗(yàn)改進(jìn)　　　本實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差來自彈簧的

5、重力，所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的思路應(yīng)該是盡可能減小彈簧自重的影響：1.一個方案是將彈簧穿過一根水平光滑的杠桿，在水平方向做實(shí)驗(yàn)．2.另一個方案是選擇勁度系數(shù)較小的輕彈簧，通過減小讀數(shù)的相對誤差來提高實(shí)驗(yàn)的精確度．3.利用計算機(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，傳感器與電腦相連，對彈簧施加變化的作用力(拉力或推力)時，電腦上得到彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系圖象(如圖乙所示)，分析圖象得出結(jié)論．,(1)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)

6、系”的實(shí)驗(yàn)中，以下說法正確的是(　　)A．彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度B．用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C．用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D．用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等,(2)某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，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L，把

7、L－L0作為彈簧的伸長量x，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圖中的(　　),[解析]　本題主要考查使用彈簧時應(yīng)注意的問題，還有用圖象法來描述彈簧的彈力與其伸長量間的關(guān)系．(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以所研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目來改變對彈簧的拉力，以探索彈力與彈簧伸長的關(guān)系，并且拉力和重力平衡，所以選A、B.(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x>0，所以選C.[

8、答案]　(1)AB　(2)C,(對應(yīng)學(xué)生用書P32)題型一　　數(shù)據(jù)處理　　　例1　利用如下圖所示裝置做探究彈力和彈簧伸長關(guān)系的實(shí)驗(yàn)．所用的鉤碼每只的質(zhì)量為30 g．實(shí)驗(yàn)中，先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個加掛在彈簧下端，穩(wěn)定后依次測出相應(yīng)的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在表中．(彈力始終未超過彈性限度，取g＝10 m/s2),(1)在下圖坐標(biāo)系中作出彈簧彈力大小F跟彈簧總長度x之間的函數(shù)關(guān)系的圖線．(2)由圖線求得該

9、彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m.(保留兩位有效數(shù)字),[答案]　(1)見解析　(2)27,題型二　　拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)　　　例2　(2011·哈爾濱月考)17世紀(jì)英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：在彈性限度內(nèi)，彈簧的形變量與彈力成正比，這就是著名的胡克定律，受此啟發(fā)，一組同學(xué)研究“金屬線材伸長量與拉力的關(guān)系”的探究過程如下：(　　)A．有同學(xué)認(rèn)為：橫截面為圓形的金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)，其伸長量與拉力成正比，與截面半徑成反比．

10、B．他們準(zhǔn)備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為研究對象，用測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗(yàn)證假設(shè)．,C．通過實(shí)驗(yàn)取得如下數(shù)據(jù)：D.同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、歸納后，對他們的假設(shè)進(jìn)行了補(bǔ)充、完善．(1)上述科學(xué)探究活動中，屬于“制定計劃”和“搜集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是________、________.(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設(shè)是否全部正確？若有錯誤或不足，請給予修正

11、．________.,,,[嘗試解答]　(1)確定研究對象，選取實(shí)驗(yàn)器材屬“制定計劃”故B屬于“制定計劃”；實(shí)驗(yàn)過程，測量數(shù)據(jù)屬“搜集證據(jù)”，此過程對應(yīng)C.研究伸長量x與拉力F、長度L、直徑D的關(guān)系時，采用控制變量法，比如長度、直徑不變，再研究伸長量與力的關(guān)系，這種方法稱為控制變量法．這是物理實(shí)驗(yàn)中的一個重要研究方法．(2)他們的假設(shè)不是全部正確．在彈性限度內(nèi)，金屬絲的伸長量與拉力成正比，與截面半徑的平方成反比，還與金屬絲的長度成正比

12、．[答案]　(1)B　C　(2)見解析,控制變量法在實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用任何探究性實(shí)驗(yàn)都應(yīng)遵循科學(xué)探究的七大要素，即提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作．而在以實(shí)驗(yàn)題的形式進(jìn)行考查時，可選取其中的一個或幾個要素進(jìn)行考查，本題即選取了其中的三個要素來考查學(xué)生對科學(xué)探究過程的理解．在設(shè)計實(shí)驗(yàn)時，若涉及多變量問題，常采用控制變量法，這是中學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常使用的方法，同學(xué)們對本法應(yīng)熟記于心．,(

13、對應(yīng)學(xué)生用書P33)1．(2011·臨沂模擬)如圖(甲)所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連．當(dāng)對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關(guān)系圖象，如圖(乙)所示．則下列判斷正確的是(　　),A．彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比B．彈簧長度的增加量與對應(yīng)的彈力增加量成正比C．該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/mD．該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變 [答案]

14、　BCD,2．(2011·承德模擬)某同學(xué)和你一起探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測彈簧的勁度系數(shù)k.做法是先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺上．當(dāng)彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0，彈簧下端掛一個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L1；彈簧下端掛兩個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2；……；掛七個50 g的鉤碼時，指針指示的刻

15、度數(shù)值記作L7.,(1)如表中記錄的是該同學(xué)已測出的6個值，其中有兩個數(shù)值在記錄時有誤，它們的代表符號分別是____________和____________．測量記錄表：(2)實(shí)驗(yàn)中，L3和L7兩個值還沒有測定，請你根據(jù)圖將這兩個測量值填入記錄表中．,(3)為充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計算出了三個差值：d1＝L4－L0＝6.90 cm，d2＝L5－L1＝6.90 cm，d3＝L6－L2＝

16、7.00 cm.請你給出第四個差值：d4＝________＝________ cm.(4)根據(jù)以上差值，可以求出每增加50 g鉤碼，彈簧平均伸長量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子為：ΔL＝________，代入數(shù)據(jù)解得ΔL＝________ cm.(5)計算彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m.,3．在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖．所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了水

17、平向右恒定的拉力．實(shí)驗(yàn)時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端，每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．(1)有一個同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)圖中，請作出F－L圖線．,(2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0＝________ cm，勁度系數(shù)k＝________ N/m.(3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況，請你幫助他設(shè)計一個記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測得的具體數(shù)據(jù))(4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時，把彈簧水平放置與彈

18、簧懸掛放置相比較．優(yōu)點(diǎn)在于：________________________________________________________________________.缺點(diǎn)在于：________________________________________________________________________.,[解析]　(1)用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來，如圖所示：(2)彈簧的原長L0即為彈力為零時彈

19、簧的長度，由圖象可知，L0＝5×10－2 m＝5 cm.勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率，k＝20 N/m.,(3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表：(4)優(yōu)點(diǎn)是：避免彈簧自身所受重力對實(shí)驗(yàn)的影響；缺點(diǎn)是：彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差．[答案]　(1)見解析　(2)5　20　(3)(4)見解析,4．(2012·安徽省省城名校聯(lián)考)某同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)中，利用所學(xué)的知識解決了如下問題：一輕彈簧一端固

20、定于某一深度為h＝0.25m、且開口向右的小筒中(沒有外力作用時彈簧的下部分位于筒內(nèi))，如圖甲所示，如果本實(shí)驗(yàn)的長度測量工具只能測量出距筒口右端彈簧的長度l，現(xiàn)要測出彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù)，該同學(xué)通過改變掛鉤碼的個數(shù)來改變l，作出F－l變化的圖線如圖乙所示．,(1)由此圖線可得出的結(jié)論是________；(2)彈簧的勁度系數(shù)為________N/m，彈簧的原長l0＝________m；(3)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時，把彈簧水平放置與彈簧

21、懸掛放置相比較，優(yōu)點(diǎn)在于：________； 缺點(diǎn)在于：________.[解析]　設(shè)彈簧原長為l0，由圖可知，彈簧伸長量可表示為h＋l－l0，由胡克定律可得F＝k(h＋l－l0)，F(xiàn)－l圖線斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，k＝100N/m.F－l圖線在縱軸截距表示l＝0時F＝10N，代入F＝k(h＋l－l0)，解得彈簧的原長l0＝0.15m.[答案]　(1)在彈性限度內(nèi)， 彈力與彈簧的伸長量成正比．(2)100　0.15(3)避免彈

22、簧自身所受重力對實(shí)驗(yàn)的影響彈簧與筒及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實(shí)驗(yàn)的誤差,,,[答案]　(1)乙猜想正確，判斷依據(jù)見解析．(2)鐵架臺、刻度尺　(3)見解析,6．(2011·大連模擬)用納米技術(shù)處理過的材料叫納米材料，其性質(zhì)與處理前相比會發(fā)生很多變化，如機(jī)械性能會成倍地增加，對光的反射能力會變得非常低，熔點(diǎn)會大大降低，甚至有特殊的磁性質(zhì)．現(xiàn)有一種納米合金絲，欲測定出其伸長量x與所受拉力F、長度L、截面直徑D的關(guān)系．(1

23、)測量上述物理量需要的主要器材是：________、________、________等．(2)若實(shí)驗(yàn)中測量的數(shù)據(jù)如表中所示，根據(jù)這些數(shù)據(jù)請寫出x與F、L、D間的關(guān)系式：x＝________(若用到比例系數(shù)，可用k表示),,,,(3)在研究并得到上述關(guān)系的過程中，主要運(yùn)用的科學(xué)研究方法是________(只需寫出一種)．(4)若有一根合金絲的長度為20 cm，截面直徑為0.200 mm，使用中要求其伸長量不能超過原長的百分之一，那么