2020高考物理總復(fù)習(xí) 教師用書 2-4實驗二　探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系 必修1

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1、第4講　實驗二　探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系 注意事項 1．不要超過彈性限度：實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免彈簧被過分拉伸，超過彈簧的彈性限度． 2．盡量多測幾組：要使用輕質(zhì)彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù)． 3．觀察所描點的走向：本實驗是探究性實驗，實驗前并不知道其規(guī)律，所以描點以后所作的曲線是試探性的，只是在分析了點的分布和走向以后才決定用直線來連接這些點． 4．統(tǒng)一單位：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． 誤差分析 1．鉤碼標值不準確，彈簧長度測量不準確帶來誤差． 2．畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差. 實驗中應(yīng)注意的

2、問題 【例1】 (1)在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”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 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“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實驗，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L－L0作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力

3、的影響，最后畫出的圖線可能是(　　)． 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)本實驗中應(yīng)以所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，來探索彈力與彈簧伸長的關(guān)系，所以選A、B. (2)考慮彈簧自身重力的影響，當不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x>0，所以選C. 答案　(1)AB (2)C 考查實驗操作過程及數(shù)據(jù)處理 【例2】 以下是一位同學(xué)做“彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實驗． (1)下列的實驗步驟是這位同學(xué)準備完成的，請你幫這位同學(xué)按操作的先后順序，用字母排列出來是__________

4、__________________________________________________________． A．以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應(yīng)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L0 C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈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1個、2個、3個、4個……鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應(yīng)的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼 E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式 F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義 (2)這位同學(xué)探究

5、彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系所測的幾組數(shù)據(jù)在圖2－4－1中坐標上已描出： 圖2－4－1 ①在圖中的坐標上作出F－x圖線． ②寫出曲線的函數(shù)表達式(x用cm作單位)：________________________________________________________________________. 解析　(1)本題考查探究彈簧彈力與形變關(guān)系的實驗，意在考查考生對實驗步驟的識記、實驗數(shù)據(jù)的處理方法、分析歸納能力．根據(jù)實驗先后順序可知，實驗步驟排列為CBDAEF. (2)②由圖象可得k＝＝0.43 N/cm，所以F＝0.43x(N)． 答案　(1)CBDAEF (2

6、)①如圖所示 ②F＝0.43x(N) 【例3】 在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系，并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中，實驗裝置如圖2－4－2.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． 圖2－4－2 (1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在如坐標圖2－4－3中，請作出FL圖線． 圖2－4－3 (2)由此圖線可得出的結(jié)論是_________________________________________________． 該彈簧的原長為L0＝_____

7、_cm，勁度系數(shù)k＝________________________N/m. (3)試根據(jù)以上該同學(xué)的實驗情況，請你幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格．(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)點在于：___________________________________________________________； 缺點在于：____________________________________________________________. 解析　(1)如圖 (2)在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧的伸長量成正比　10　25

8、 (3)如下表 次　數(shù) 1 2 3 4 5 6 彈力F/N 彈簧的長度 L/(×10－2 m) (4)避免彈簧自身所受重力對實驗的影響　彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦造成實驗的誤差 答案　見解析 1．在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中，有如下一些步驟 A．在彈簧下端掛上一個鉤碼，觀察指針所指位置，測出彈簧的伸長量x1 B．將彈簧固定懸掛在金屬橫桿上，將刻度尺豎直固定在彈簧旁，觀察彈簧指針所指位置，并記下該位置 C．在坐標紙上建立平面直角坐標系，以F為縱坐標、x為橫坐標，根據(jù)實驗數(shù)

9、據(jù)，選定兩坐標軸適當?shù)臉硕? D．將各組實驗數(shù)據(jù)在平面坐標上進行描點，觀察點的分布與走勢，用平滑曲線作出反映F和x對應(yīng)規(guī)律的圖象 E．將鐵架臺放在水平實驗桌上，將金屬橫桿水平固定在鐵架臺上 F．給彈簧下端掛上兩個鉤碼、三個鉤碼……，分別觀察指針所指的位置，測出對應(yīng)的伸長量x2、x3…… G．根據(jù)圖象和數(shù)據(jù)做出結(jié)論并整理儀器 實驗中合理實驗步驟排序為(　　)． A．EBAFCDG B．EBAFDCG C．EBFCADG D．EAFBCDG 答案　A 2．(2020·臨沂質(zhì)檢)如圖2－4－4甲所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連．當對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓

10、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2－4－4乙所示．則下列判斷不正確的是(　　)． 圖2－4－4 A．彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比 B．彈力增加量與對應(yīng)的彈簧長度的增加量成正比 C．該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/m D．該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變 解析　由題圖乙知，F(xiàn)－x是一個過原點的直線，k＝ N/m＝200 N/m，可知A錯，B、C、D正確． 答案　A 3．(2020·安徽卷，21(1))為了測量某一彈簧的勁度系數(shù)，將該彈簧豎直懸掛起來，在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼．實驗測出了砝碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù)，其對應(yīng)點已在圖2

11、－4－5中標出．(g＝9.8 m/s2) 圖2－4－5 (1)作出m－l的關(guān)系圖線； (2)彈簧的勁度系數(shù)為________N/m. 答案　(1)如圖所示 (2)0.259(0.248～0.262) 4．如圖2－4－6(a)所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼，探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系實驗． 圖2－4－6 (1)為完成實驗，還需要的實驗器材有_____________________________________； (2)實驗中需要測量(記錄)的物理量有_______________________________________

12、； (3)圖2－4－6(b)是彈簧所受彈力F與彈簧伸長長度x的F－x圖線，由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m.圖線不過原點的原因是________________________________． 解析　該實驗探究的是彈力F和彈簧伸長量Δx的關(guān)系，故還需要測量長度的儀器即刻度尺．彈簧彈力由二力平衡得到：F＝nmg，需要記錄懸掛鉤碼個數(shù)；形變量為Δx＝l′－l0，故需要測量彈簧原長和彈力(外力)對應(yīng)的彈簧長度．F－x圖線的斜率表示勁度系數(shù)k＝＝200 N/m，圖線不過原點是由彈簧自身重力引起的． 答案　(1)刻度尺　(2)彈簧的原長、懸掛鉤碼個數(shù)以及與彈力(外力)對應(yīng)的彈簧

13、長度　(3)200　彈簧自身有重力 5．某同學(xué)在做探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系的實驗中，設(shè)計了圖2－4－7所示的實驗裝置．他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度，將數(shù)據(jù)填在下面的表中．(彈簧始終在彈性限度內(nèi)) 測量次序 1 2 3 4 5 6 彈簧彈力大小F/N 0 0.49 0.98 1.47 1.96 2.45 彈簧總長x/cm 6 7.16 8.34 9.48 10.85 11.75 圖2－4－7　　　　　圖2－4－8 (1)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖2－4－8的坐標紙上已描出了前四次測量的彈簧所受彈力大小F跟彈簧總長x之間的函數(shù)關(guān)系點，請把第5、6次測量的數(shù)據(jù)對應(yīng)的點描出來，并作出F－x圖線． (2)圖線跟x坐標軸交點的物理意義是________________________________________________________________________． (3)該彈簧的勁度系數(shù)k＝________.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案　(1)圖線如右圖所示 (2)彈簧的原長 (3)42 N/m