2020年物理高考大一轮复习 实验2 探究弹力和弹簧伸长的关系课件

第二章相互作用高考总复习·物理实验二探究弹力和弹簧伸长的关系高考总复习·物理知识梳理·夯实基础核心考点·分层突破目录知识梳理·夯实基础︿︿一、实验流程二、注意事项1．安装实验装置：要保持刻度尺竖直并靠近弹簧．2．不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免超过弹簧的弹性限度．3．尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．4．观察所描点的走向：不要画折线．5．统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．三、误差分析1．钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差．2．画图时描点及连线不准确也会带来误差．四、实验创新在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，也可以不测量弹簧的自然长度，而以弹簧的总长作为自变量，弹力为函数，作出弹力与弹簧长度的关系图线，这样可以避免因测弹簧的自然伸长而带来的误差．核心考点·分层突破︿︿考点1基本操作及注意事项【自主练1】如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．(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.图线不过原点的原因是由于．(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：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，并用平滑的直线连接起来；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；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)根据实验原理可知还需要用刻度尺来测量弹簧原长和形变量．(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)．(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F＝kx可得k＝200N/m，由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量．(4)根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG.答案(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由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量(4)CBDAEFG【自主练2】(2019·攀枝花高三一模)某同学用如图所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．他先读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，分别记录指针所指刻度尺的刻度，所得数据列表如下：钩码数(个)01234刻度尺的刻度x/cm9.0010.3511.6614.34(1)当在弹簧下端挂上3个钩码时，指针所示位置如图所示，请将上表补充完整．(2)已知实验所用单个钩码质量为100g，当地重力加速度为9.8m/s2，则该弹簧的劲度系数为N/m.(结果保留三位有效数字)解析(1)因为刻度尺的分度值为1mm，故需要估读到0.1mm，所以刻度尺的读数为130.0mm＝13.00cm.(2)根据胡克定律可得k＝ΔFΔx＝0.4×9.80.1434－0.0900N/m＝73.4N/m.答案(1)13.00(2)73.4考点2数据处理与误差分析【例题1】(2019·惠州博罗中学模拟)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在方向．(选填“水平”或“竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30(3)表中有一个数值记录不规范，代表符号为，由表可知所用刻度尺的最小刻度为．(4)如图所示是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与的差值．(选填“L0”或“Lx”)(5)由图可知弹簧的劲度系数为N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为g．(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2)解析(1)用铁架台，一定是竖直悬挂，所以弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向．(2)由于弹簧自身有重力，悬挂后，当弹簧稳定后，记下弹簧的长度．(3)用毫米刻度尺测量长度是要估读到分度值的下一位，记录数据的最后一位是估读位，故数据L3记录不规范，由表可知所用刻度尺的最小刻度为1mm.(4)若纵轴是砝码的质量，没有考虑砝码盘的重力的影响，所以横轴是弹簧长度与悬挂砝码盘时的长度Lx的差．(5)根据胡克定律公式ΔF＝kΔx，有k＝ΔFΔx＝60×10－3×9.839.30－27.35×10－2N/m＝4.9N/m；由表格得到，弹簧原长为L0＝25.35cm；挂砝码盘时Lx＝27.35cm，根据胡克定律，砝码盘质量为M＝kLx－L0g＝4.9×27.35－25.35×10－29.8kg＝0.01kg＝10g.答案(1)竖直(2)稳定(3)L31mm(4)Lx(5)4.910归纳总结(1)解答本题应关注以下三点①刻度尺读数时，对有效数字的要求．②逐一增挂钩码和随意增减钩码对实验带来的影响．③从实验注意事项的角度分析图象弯曲的原因．(2)实验数据处理的三种方法①图象法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点，以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线．②列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数．③函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系．【跟踪训练1】某同学在探究弹力和弹簧伸长的关系，并测定弹簧的劲度系数k.主要实验步骤如下：将待测弹簧的一端固定在铁架台上，然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上．当弹簧自然下垂时，指针的指示值记作L0；弹簧下端挂一个砝码时，指针的指示值记作L1；弹簧下端挂两个砝码时，指针的指示值记作L2……；挂七个砝码时，指针的位置如图所示，指针的指示值记作L7.已知每个砝码的质量均为50g，测量记录如下表：代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值/cm1.703.405.106.858.6010.3012.10(1)实验中，L7的值还未读出，请你根据图中所示将这个测量值填入记录表中．(2)为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了四个差值：d1＝L4－L0，d2＝L5－L1，d3＝L6－L2，d4＝L7－L3.根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为ΔL＝.(3)计算弹簧的劲度系数k＝N/m.(g取9.8m/s2)解析(1)毫米刻度尺的最小分度值为1mm，估读到0.1mm，L7的读数为14.05cm(14.03～14.07)．(2)根据各个差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为ΔL＝d1＋d2＋d3＋d44×4＝d1＋d2＋d3＋d416.(3)根据胡克定律有m0g＝kΔL，利用数据可求得k＝ΔFΔL＝0.05×101.75×10－2N/m＝28N/m.答案(1)14.05(14.03～14.07)(2)d1＋d2＋d3＋d416(3)28考点3实验创新设计1．实验原理的创新(如图甲、乙、丙所示)2．数据处理的创新(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响→弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响．(2)图象的获得：由坐标纸作图得F­x图象→由传感器和计算机输入数据直接得F­x图象．【例题2】(2019·四川高三联测)某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如下实验：①如图甲所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一端固定在O点，另一端A系一小段轻绳(带绳结)；将制图板竖直固定在铁架台上．②将质量为m＝100g的钩码挂在绳结上，静止时描下橡皮筋下端点的位置A0；用水平力拉A点，使A点在新的位置静止，描下此时橡皮筋端点的位置A1；逐步增大水平力，重复5次…….③取下制图板，量出A1、A2……各点到O的距离l1、l2……；量出各次橡皮筋与OA0之间的夹角α1、α2…….④在坐标纸上做出1cosα­l的图象如图乙所示．完成下列填空：(1)已知重力加速度为g，当橡皮筋与OA0间的夹角为α时，橡皮筋所受的拉力大小为．(用g、m、α表示)(2)取g＝10m/s2，由图乙可得橡皮筋的劲度系数k＝N/m，橡皮筋的原长l0＝m．(结果保留两位有效数字)解析(1)对结点受力分析，根据共点力平衡可知mg＝Tcosα，解得T＝mgcosα.(2)在竖直方向，合力为零，则k(l－l0)cosα＝mg，解得1cosα＝klmg－kl0mg，故斜率k′＝kmg，由图象可知斜率k′＝100m－1，故k＝mgk′＝100N/m；由图象可知，1cosα＝1时，l＝22cm＝0.22m，于是有1＝100×0.22－100l0，解得l0＝0.21m，即弹簧的原长为0.21m.答案(1)mgcosα(2)1.0×1020.21【跟踪训练2】(2019·杭州调研)用如图甲所示的实验装置研究弹簧的弹力与形变量之间的关系．轻弹簧上端固定一个力传感器，然后固定在铁架台上，当用手向下拉伸弹簧时，弹簧的弹力可从传感器读出．用刻度尺可以测量弹簧原长和伸长后的长度，从而确定伸长量．测量数据如表所示：伸长量x/(×10－2m)2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标，F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能够正确反应弹力与伸长量关系的图线．(2)由图线求得该弹簧的劲度系数为．(结果保留两位有效数字)解析横轴表示伸长量x，纵轴表示弹力F，按照表格数据，描点画图，得到一条直线，图象斜率代表弹簧劲度系数．答案(1)如图所示(2)75N/m