《高考物理一輪復習 24 實驗 探究彈力于彈簧伸長的關系課件 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高考物理一輪復習 24 實驗 探究彈力于彈簧伸長的關系課件 新人教版（11頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、 二、實驗原理二、實驗原理 1.如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸如圖所示，彈簧在下端懸掛鉤碼時會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。大小相等。 2.用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的用刻度尺測出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長量伸長量x，建立坐標系，以縱坐標表示彈力大，建立坐標系，以縱坐標表示彈力大小小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系，在坐標系中描出各點中描出各點(x，F(xiàn))，然后用平滑的曲線連結(jié)起來，根據(jù)實驗所得的圖線，然后用平滑的曲線連結(jié)起來，根據(jù)實驗所得的圖線，就可探知彈力大小與伸長量之間的關系。就可探知
2、彈力大小與伸長量之間的關系。 三、實驗器材三、實驗器材 輕質(zhì)彈簧一根、鉤碼一盒、刻度尺、重錘、坐標紙、三角板。輕質(zhì)彈簧一根、鉤碼一盒、刻度尺、重錘、坐標紙、三角板。 一、實驗目的一、實驗目的 1.探究彈力與彈簧伸長的關系。探究彈力與彈簧伸長的關系。 2.掌握利用圖象研究兩個物理量之間關系的方法。掌握利用圖象研究兩個物理量之間關系的方法。學案學案4 實驗實驗(一一) 探究彈力與彈簧伸長的關系探究彈力與彈簧伸長的關系 1.如圖所示，將鐵架臺放于桌面上如圖所示，將鐵架臺放于桌面上(固定好固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在挨近彈簧處將刻，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，在挨近彈簧處將刻度
3、尺度尺(最小分度為最小分度為mm)固定于鐵架臺上，并用重錘線檢查刻度尺是否豎直。固定于鐵架臺上，并用重錘線檢查刻度尺是否豎直。 2.記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度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的刻度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的刻度L1。 鉤碼個數(shù)鉤碼個數(shù)刻度刻度伸長量伸長量xn=Ln-L0彈力彈力F0L0=1L1=x1=F1=2L2=x2=F2=3L3=6L6=x6=F6= 4.用上面方法，記下彈簧下端掛用上面方法，記下彈簧下端掛2個、個、3個、個、4個個鉤碼時，彈簧下端所對應的刻度鉤碼時
4、，彈簧下端所對應的刻度L2、L3、L4，并將，并將所得數(shù)據(jù)記錄在表格中。所得數(shù)據(jù)記錄在表格中。 5.用用xnLnL0計算出彈簧掛計算出彈簧掛1個、個、2個、個、3個個鉤碼時彈簧的伸長量，并根據(jù)當?shù)刂亓铀俣戎点^碼時彈簧的伸長量，并根據(jù)當?shù)刂亓铀俣戎礸，計算，計算出所掛鉤碼的總重量，這個總重量就是彈簧彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格。出所掛鉤碼的總重量，這個總重量就是彈簧彈力的大小，將所得數(shù)據(jù)填入表格。 6.在坐標紙上建立坐標系，以彈力為縱坐標，彈簧伸長量為橫坐標，描出每一組數(shù)據(jù)在坐標紙上建立坐標系，以彈力為縱坐標，彈簧伸長量為橫坐標，描出每一組數(shù)據(jù)(x,F)所對應的點。所對應的點。 7.根據(jù)所
5、描各點的分布與走向，作出一條平滑的曲線根據(jù)所描各點的分布與走向，作出一條平滑的曲線(不能畫成折線不能畫成折線)。 8.以彈簧伸長量為自變量，彈力大小為因變量，寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試寫成一次函數(shù)的形式，以彈簧伸長量為自變量，彈力大小為因變量，寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試寫成一次函數(shù)的形式，如果不行，寫成二次函數(shù)的形式或其他形式。如果不行，寫成二次函數(shù)的形式或其他形式。 9.研究并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。研究并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。 四、實驗步驟四、實驗步驟 五、注意事項五、注意事項 1.安裝時，要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。安裝時，要保持刻度尺豎直并靠近彈簧。 2.實驗
6、時，要盡量選擇長度較大、匝數(shù)較多，但軟硬程度實驗時，要盡量選擇長度較大、匝數(shù)較多，但軟硬程度(勁度系數(shù)勁度系數(shù))適中的適中的彈簧，以每掛一個鉤碼彈簧，以每掛一個鉤碼(20 g)彈簧伸長量增大彈簧伸長量增大12 cm為宜。為宜。 3.讀取彈簧下端所對應的刻度時，要用三角板，并且視線垂直于刻度，力求讀取彈簧下端所對應的刻度時，要用三角板，并且視線垂直于刻度，力求讀數(shù)準確，并且要等鉤碼靜止時，再讀數(shù)。讀數(shù)準確，并且要等鉤碼靜止時，再讀數(shù)。 4.實驗中懸掛鉤碼時注意不要太多，以免彈簧被過分拉伸，超過彈簧的彈性實驗中懸掛鉤碼時注意不要太多，以免彈簧被過分拉伸，超過彈簧的彈性限度。限度。 5.要使用輕質(zhì)彈
7、簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。 6.建立坐標系時，要選擇合適標度，以使所畫曲線占據(jù)整個坐標紙。建立坐標系時，要選擇合適標度，以使所畫曲線占據(jù)整個坐標紙。 7.畫圖線時，不一定要讓所有各點都正好在曲線上，但應注意使曲線兩側(cè)的畫圖線時，不一定要讓所有各點都正好在曲線上，但應注意使曲線兩側(cè)的點大致相同，偏離太遠的點要舍棄。點大致相同，偏離太遠的點要舍棄。 六、誤差分析六、誤差分析 本實驗的誤差主要來自以下兩個方面：本實驗的誤差主要來自以下兩個方面： 1.彈簧的長度測量不精確。彈簧的長度測量不精確。 2.描點、畫圖不精確。描點、畫圖不精確。 在物理學中經(jīng)常用圖象處理物
8、理問題，要特別注意：圖線斜率的意在物理學中經(jīng)常用圖象處理物理問題，要特別注意：圖線斜率的意義義(或曲線切線斜率的意義或曲線切線斜率的意義)；圖線與縱軸、橫軸交點的物理意義。；圖線與縱軸、橫軸交點的物理意義。考點考點1 1 實驗原理及實驗操作的考查實驗原理及實驗操作的考查【例例1】在在“探究彈力與彈簧伸長的關系探究彈力與彈簧伸長的關系”的實驗中，以下說法正確的是的實驗中，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，應保證彈簧位于豎直位置且處于用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應保證彈簧位于豎直位置且處于 平衡
9、狀態(tài)平衡狀態(tài) C.用直尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量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 之比相等之比相等AB 【解析解析】在這個實驗中，需要測定彈力及其對應的彈簧長度，并且在這個實驗中，需要測定彈力及其對應的彈簧長度，并且要測量多次，減少偶然誤差。本實驗應以需要研究的一根彈簧為實驗對要測量多次，減少偶然誤差。本實驗應以需要研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，以改變對彈簧的拉力，來探究象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，以改變對彈簧的拉力，來探究
10、彈力與彈簧伸長的關系，所以選項彈力與彈簧伸長的關系，所以選項A、B正確，正確，C、D錯誤。錯誤。 1做做“探究彈力與彈簧伸長的關系探究彈力與彈簧伸長的關系”的實驗步驟如下：的實驗步驟如下：A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力大小為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力大小為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x,F)對對 應的點，并用平滑的曲線連結(jié)起來；應的點，并用平滑的曲線連結(jié)起來；B.記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度L0；C.將鐵架臺固定于桌子上將鐵架臺固定于桌子上(也可在橫梁的另一側(cè)掛上一定的配重也可在橫梁的另一側(cè)掛上一定的配重)，并將彈，并將
11、彈 簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺；簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺；D.依次在彈簧下端掛上依次在彈簧下端掛上2個、個、3個、個、4個個鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時， 彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E.以彈簧伸長量以彈簧伸長量x為自變量，寫出彈力大小為自變量，寫出彈力大小F與伸長量與伸長量x的關系式。首先嘗的關系式。首先嘗 試寫成一次函數(shù)，如果不行，再嘗試著寫成二次函數(shù)；試寫成一次函數(shù)，如果不行，再嘗試著寫成二次函數(shù)；F.解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義；解釋函數(shù)表達式中
12、常數(shù)的物理意義；G.整理儀器。整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列起來：請將以上步驟按操作的先后順序排列起來：_。C B D A E F G考點考點2 2實驗數(shù)據(jù)的處理實驗數(shù)據(jù)的處理【例例2】2010年高考浙江理綜卷年高考浙江理綜卷在在“探究彈簧彈力大小與伸長量的關系探究彈簧彈力大小與伸長量的關系” 的實驗中，甲、乙兩位同學選用不同的橡皮繩代替彈簧。為測量橡皮的實驗中，甲、乙兩位同學選用不同的橡皮繩代替彈簧。為測量橡皮繩繩 的勁度系數(shù)，他們在橡皮繩下端依次逐個掛上鉤碼的勁度系數(shù)，他們在橡皮繩下端依次逐個掛上鉤碼(每個鉤碼的質(zhì)量均每個鉤碼的質(zhì)量均 為為m=0.1 kg，取，取g=10 m/
13、s2)，并記錄繩下端的坐標，并記錄繩下端的坐標X加加i，然后逐個拿下鉤，然后逐個拿下鉤 碼，同樣記錄繩下端的坐標碼，同樣記錄繩下端的坐標X減減i，繩下端坐標的平均值，繩下端坐標的平均值Xi=(X加加i-X減減i)/2的的 數(shù)據(jù)如下表：數(shù)據(jù)如下表：(下標下標i表示掛在繩下端鉤碼個數(shù)表示掛在繩下端鉤碼個數(shù))掛在橡皮繩下端掛在橡皮繩下端的鉤碼個數(shù)的鉤碼個數(shù)橡皮繩下端的坐標橡皮繩下端的坐標(Xi/mm)甲甲乙乙1216.5216.52246.7232.03284.0246.54335.0264.25394.5281.36462.0301.0(1)同一橡皮繩的同一橡皮繩的X加加i_X減減i(大于或小于大
14、于或小于)；(2)_同學的數(shù)據(jù)更符合實驗要求同學的數(shù)據(jù)更符合實驗要求(甲或乙甲或乙)；(3)選擇一組數(shù)據(jù)用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數(shù)選擇一組數(shù)據(jù)用作圖法得出該橡皮繩的勁度系數(shù)k(N/m)；(4)為了更好地測量勁度系數(shù)，在選用鉤碼時需考慮的因素有哪些？為了更好地測量勁度系數(shù)，在選用鉤碼時需考慮的因素有哪些？ 【解析解析】(1)由甲、乙兩同學測量數(shù)據(jù)看，橡皮繩所受拉力接近或超由甲、乙兩同學測量數(shù)據(jù)看，橡皮繩所受拉力接近或超過了其彈性限度，其恢復能力要差一些，而且拉伸越長恢復能力越差。過了其彈性限度，其恢復能力要差一些，而且拉伸越長恢復能力越差。故故X加加i小于小于X減減i。 (2)乙同學的數(shù)據(jù)更
15、符合實驗要求，每增加一個鉤碼橡皮繩形變量大乙同學的數(shù)據(jù)更符合實驗要求，每增加一個鉤碼橡皮繩形變量大致相同，而甲同學所用橡皮繩的形變量差別非常大，表明已超過了彈性致相同，而甲同學所用橡皮繩的形變量差別非常大，表明已超過了彈性限度。限度。 (3)以乙同學數(shù)據(jù)作圖象如圖所示。以乙同學數(shù)據(jù)作圖象如圖所示。 (4)盡可能使橡皮繩伸長量在彈性限度內(nèi)，同盡可能使橡皮繩伸長量在彈性限度內(nèi)，同時有足夠大的伸長量，以減小長度測量誤差。時有足夠大的伸長量，以減小長度測量誤差?！敬鸢复鸢浮?1)小于小于 (2)乙乙 (3)63 N/m (4)見解析見解析 2 【解析解析】(1)作出作出L-F圖線如圖所示。圖線如圖所示
16、。 (2)圖線斜率的倒數(shù)就是彈簧的勁度系數(shù)圖線斜率的倒數(shù)就是彈簧的勁度系數(shù)k，k= F/ L=(4.00-1.10)/(0.241-0.22)N/m138 N/m。 用一測力計水平拉一端固定的彈簧，以此來測定此彈簧的勁度系數(shù)用一測力計水平拉一端固定的彈簧，以此來測定此彈簧的勁度系數(shù)k，測得的拉力測得的拉力F與彈簧長度與彈簧長度L之間的數(shù)據(jù)如下表所示：之間的數(shù)據(jù)如下表所示：拉力拉力F/N1.101.502.003.003.504.00長度長度L/cm22.0022.3022.7023.3023.7024.10(1)請在如圖所示的坐標系中作出請在如圖所示的坐標系中作出 L-F的圖線。的圖線。(2)
17、此彈簧的勁度系數(shù)此彈簧的勁度系數(shù)k=_N/m。 【答案答案】(1)如圖所示如圖所示(2)138(在誤差允許范圍在誤差允許范圍內(nèi)即可內(nèi)即可)考點考點3 3拓展創(chuàng)新實驗拓展創(chuàng)新實驗【例例3】用金屬制成的線材用金屬制成的線材(如鋼絲、鋼筋如鋼絲、鋼筋)受到拉力會伸長，十七世紀英國物理學家受到拉力會伸長，十七世紀英國物理學家 胡克發(fā)現(xiàn)：金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)它的伸長量與拉力成正比，這就是著胡克發(fā)現(xiàn)：金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)它的伸長量與拉力成正比，這就是著 名的胡克定律。這一發(fā)現(xiàn)為后人對材料的研究奠定了重要基礎?，F(xiàn)有一根用新名的胡克定律。這一發(fā)現(xiàn)為后人對材料的研究奠定了重要基礎?，F(xiàn)有一根用新 材料
18、制成的金屬桿，長為材料制成的金屬桿，長為4 m，橫截面積為，橫截面積為0.8 cm2，設計要求它受到拉力后的，設計要求它受到拉力后的 伸長量不超過原長的伸長量不超過原長的1/1000，問最大拉力多大？由于這一拉力很大，桿又較長，問最大拉力多大？由于這一拉力很大，桿又較長， 直接測試有困難，選用同種材料制成樣品進行測試，通過測試取得數(shù)據(jù)如下：直接測試有困難，選用同種材料制成樣品進行測試，通過測試取得數(shù)據(jù)如下： (1)測得結(jié)果表明線材受拉力作用后，其伸長與材料的長度成測得結(jié)果表明線材受拉力作用后，其伸長與材料的長度成_，與，與材料的截面積成材料的截面積成_。 (2)上述金屬細桿承受的最大拉力為上述
19、金屬細桿承受的最大拉力為 _N。長度長度 拉力拉力 伸長伸長截面積截面積250 N500 N750 N1 000 N1 m0.05 cm20.04 cm0.08 cm0.12 cm0.16 cm2 m0.05 cm20.08 cm0.16 cm0.24 cm0.32 cm1 m0.10 cm20.02 cm0.04 cm0.06 cm0.08 cm正比正比反比反比1.0104 【解析解析】(1)由題中列表可看出，材料樣品的伸長量與材料的長度成由題中列表可看出，材料樣品的伸長量與材料的長度成正比，與材料的截面積成反比。正比，與材料的截面積成反比。 (2)由表可看出，材料定長，定截面積時，拉力與伸
20、長量的比例為由表可看出，材料定長，定截面積時，拉力與伸長量的比例為定值。定值。 設設1 m長，截面積為長，截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為k1 2 m長，截面積為長，截面積為0.05 cm2的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為k2 1 m長，截面積為長，截面積為0.10 cm2的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為k3 則則k1=F1/x1=250/(0.0410-2) N/m=6.25105 N/m k2=F1/x1=250/(0.0810-2)N/m=(1/2)6.25105 N/m k3=F1/x1=250/(0.0210-2) N/m=26.25105 N/m 由由k1、k2、k3的值可得，比例
21、系數(shù)的值可得，比例系數(shù)k與長度與長度L成反比，與截面積成反比，與截面積S成成正比，故正比，故kS/L，k=kS/L求出求出k 設設4 m長，截面積為長，截面積為0.8 cm2的比例系數(shù)為的比例系數(shù)為k0 則則k0/k1(x0/L0)/(0.05/1)，即，即k0/(6.25105)=(0.8/4)/(0.05/1) 所以所以k0=2.5106 N/m 又金屬細桿最大伸長量為又金屬細桿最大伸長量為x m=4(1/1 000) m=410-3 m 所以金屬細桿承受的最大拉力為所以金屬細桿承受的最大拉力為 Fm=k0 xm=2.5106410-3 N=1.0104 N。十七世紀英國物理學家胡克發(fā)現(xiàn)：
22、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。十七世紀英國物理學家胡克發(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)，一組同學研究受此啟發(fā)，一組同學研究“金屬線材伸長量與拉力的關系金屬線材伸長量與拉力的關系”的探究過程如下：的探究過程如下：A.有同學認為：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，與截面半徑成有同學認為：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 反比反比B.他們準備選用一些他們準備選用一些“由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材由同種材料制成的不同長度、不同半徑的線材”作為
23、研究對象，用螺旋測微器、激作為研究對象，用螺旋測微器、激 光測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設光測距儀、傳感器等儀器測量線材的伸長量隨拉力變化的規(guī)律，以驗證假設C.通過實驗取得如下數(shù)據(jù)：通過實驗取得如下數(shù)據(jù)：D.同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設進行了補充完善同學們對實驗數(shù)據(jù)進行分析、歸納后，對他們的假設進行了補充完善(1)上述科學探究活動的環(huán)節(jié)中，屬于上述科學探究活動的環(huán)節(jié)中，屬于“制定計劃制定計劃”和和“收集證據(jù)收集證據(jù)”的環(huán)節(jié)分別是的環(huán)節(jié)分別是(填字母代號填字母代號)_、_。(2)請根據(jù)上述過程分析他們的假設是否全部正確。若有錯誤或不足，請給予修
24、正。請根據(jù)上述過程分析他們的假設是否全部正確。若有錯誤或不足，請給予修正。 _ _。(3)求出這種線材的伸長量求出這種線材的伸長量x與拉力與拉力F以及線材的長度以及線材的長度L、截面積、截面積S之間的定量關系式。之間的定量關系式。長度長度 拉力拉力 伸長伸長直徑直徑250 N500 N750 N1 000 N1 m2.52 mm0.4 mm0.8 mm1.2 mm1.6 mm2 m2.52 mm0.8 mm1.6 mm2.4 mm3.2 mm1 m3.57 mm0.2 mm0.4 mm0.6 mm0.8 mmBC他們的假設不是他們的假設不是“全部正確全部正確”。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。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。反比，還與金屬絲的長度成正比。x=kFL/S，式中：，式中：k=xS/(FL)=0.45/(2501 000) mm2/N=810-6 mm2/N（或（或k=xS/(FL)=0.4510-9/(2501) m2/N=810-12 m2/N）。）。 3
高考物理一輪復習 24 實驗 探究彈力于彈簧伸長的關系課件 新人教版
