高中物理一轮复习课件：实验：探究弹簧弹力与形变量的关系.pptx

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1、实验：探究弹簧弹力与形变量的关系实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 把握经典实验方案把握经典实验方案一一、基本原理与操作、基本原理与操作二、核心关键二、核心关键数据处理数据处理图像法图像法根据测量数据，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。以弹簧的弹力的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线。作出一条经过原点的直线。列表法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不变。

2、允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值不变。函数法函数法根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。 融融通多彩实验方案通多彩实验方案鲁科版新教材鲁科版新教材探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系 要点解读要点解读 (1)刻度尺固定在铁架台上，刻度尺的零点与弹簧悬点并不对齐。刻度尺固定在铁架台上，刻度尺的零点与弹簧悬点并不对齐。(2)弹簧的伸长量仍等于两次弹簧长度的读数之差。弹簧的伸长量仍等于两次弹簧长度的读数之差。 归归纳共性实验关键纳共性实验关键1不变的实验原理不变的实验原理(1)都是利用平衡时弹簧弹力等于悬挂钩码的重

3、力大小来得到弹簧弹力的大小，即都是利用平衡时弹簧弹力等于悬挂钩码的重力大小来得到弹簧弹力的大小，即FG。(2)都是利用刻度尺测量弹簧原长都是利用刻度尺测量弹簧原长l0和挂钩码后弹簧的长度和挂钩码后弹簧的长度l，利用，利用xll0得出弹得出弹簧的形变量簧的形变量x。2必备的实验器材必备的实验器材铁铁架台、刻度尺、弹簧、钩码架台、刻度尺、弹簧、钩码(若干若干)。3通用的数据处理方法通用的数据处理方法以以纵坐标表示弹簧弹力大小纵坐标表示弹簧弹力大小F，以横坐标表示弹簧的形变量，以横坐标表示弹簧的形变量x，建立直角坐，建立直角坐标系，在坐标系中描出实验所测得的各组标系，在坐标系中描出实验所测得的各组(

4、x，F)对应的点，得出对应的点，得出F随随x变化的变化的图线。图线。4共同的注意事项共同的注意事项(1)所挂钩码不要过重，不能超出弹簧的弹性限度。所挂钩码不要过重，不能超出弹簧的弹性限度。(2)测量弹簧的长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量。测量弹簧的长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量。(3)连线时要注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。连线时要注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。一、基础考法保住分一、基础考法保住分考查点考查点(一一)实验原理与操作实验原理与操作1如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个质量均为m的钩码探究在弹性限度

5、内弹的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系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：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：实验中需要测量的物理量有：_。(3)图乙是弹簧弹力图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量与弹簧伸长量x的的F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为图线，由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m。图线不过原点是由于。图线不过原点是由于_。(4)为完成该实验，设计实验步骤如下：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，并用平滑对应的

6、点，并用平滑的曲线连接起来；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把刻度尺；D依次在弹簧下端挂上依次在弹簧下端挂上1个、个、2个、个、3个、个、4个、个、钩码，并分别记下钩码静止钩码，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；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以弹簧伸长

7、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；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；解释函数表达式中常数的物理意义；G整理仪器。整理仪器。将将以上步骤按操作的先后顺序排列：以上步骤按操作的先后顺序排列：_。解：解：(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量。根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和伸长量。(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的伸长量(或与弹簧对应的长度或与弹簧对应的长度)。(3)取图

8、像中取图像中(0.5,0)和和(3.5,6)两个点，代入两个点，代入Fkx解得解得k200 N/m，由于弹簧自身的，由于弹簧自身的重力，使得弹簧不加外力时就有形变量。重力，使得弹簧不加外力时就有形变量。(4)根据实验操作的合理性可知先后顺序为根据实验操作的合理性可知先后顺序为C、B、D、A、E、F、G。答案：答案：(1)刻度尺刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的或与弹簧对应的长度长度)(3)200弹簧自身的重力弹簧自身的重力(4)CBDAEFG关键点拨关键点拨(1)用图像法处理实验数据时，因所选取的坐标轴不同，图线特点也不同。如作

9、用图像法处理实验数据时，因所选取的坐标轴不同，图线特点也不同。如作F-x图像，图线为一条过原点的直线，如作图像，图线为一条过原点的直线，如作F-l(l为弹簧长度为弹簧长度)图线，图线为一图线，图线为一条与条与l轴有交点的倾斜直线。轴有交点的倾斜直线。(2)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使不在直描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使不在直线上的点均匀分布在直线两侧。线上的点均匀分布在直线两侧。(3)本题中本题中F-x图线不过原点的原因是测量弹簧原长时没有将弹簧竖直悬挂在铁图线不过原点的原因是测量弹簧原长时没有将弹簧竖直悬挂在铁架台上。架台上。考查

10、点考查点(二二)数据处理与误差分析数据处理与误差分析2某某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹夹角角为为30，弹簧弹簧固定在有固定在有 机玻璃管底端。实验过程如下：先沿机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管管轴轴线方向固定一毫线方向固定一毫米刻米刻度尺，再将单个质量为度尺，再将单个质量为200 g的钢球的钢球(直径略小于玻璃管内直径略小于玻璃管内径径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹

11、簧静止，记录管内钢球的个数n和弹和弹簧上端对应的刻度尺示数簧上端对应的刻度尺示数L0，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。n123456Ln/cm8.0410.0312.0514.0716.1118.09答案：答案：(1)6.046.05(2)3(3)48.6二、创新考法不失分二、创新考法不失分本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情境进行考查，因此，要在教本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情境进行考查，因此，要在教材实验的基础上注重

12、迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技材实验的基础上注重迁移创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。近几年高考命题趋势如下：巧处理新问题。近几年高考命题趋势如下：装置时装置时代化代化操作智操作智能化能化弹力的获得：由弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力弹力的获得：由弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力(存存在弹簧自重的影响在弹簧自重的影响) 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力，消除了弹簧自重的影响。图像的获得：由坐标纸作图得图像的获得：由坐标纸作图得F-x图像图像 由传感器和计算机输入由传感

13、器和计算机输入数据直接得数据直接得F-x图像。图像。续表续表创新角度创新角度(一一)实验装置的创新实验装置的创新1(1)某次研究弹簧弹力某次研究弹簧弹力F与弹簧长度与弹簧长度x关系实验时，得到如图甲所示的关系实验时，得到如图甲所示的F-x图像。由图像。由图像可知：弹簧原长图像可知：弹簧原长x0_cm，由此求得弹簧的劲度系数，由此求得弹簧的劲度系数k_N/m。(2)如图乙所示毫米刻度尺水平放置，如图乙所示毫米刻度尺水平放置，“0”刻度线上方固定一个有孔挡板，一条不刻度线上方固定一个有孔挡板，一条不可伸长的轻质细线一端下面悬挂一个钩码，另一端跨过光滑定滑轮并穿过光滑小可伸长的轻质细线一端下面悬挂一

14、个钩码，另一端跨过光滑定滑轮并穿过光滑小孔与孔与(1)中研究的轻弹簧右端相连接，使其压缩，稳定后指针指示如图乙所示，则中研究的轻弹簧右端相连接，使其压缩，稳定后指针指示如图乙所示，则指针所指刻度尺示数为指针所指刻度尺示数为_cm，由此可得钩码重为，由此可得钩码重为_N。答案：答案：(1)825(2)1.001.752图甲为某同学图甲为某同学用力传感器去探究弹簧弹力与形变量的关系的用力传感器去探究弹簧弹力与形变量的关系的实验情景。用力实验情景。用力传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻传感器竖直向下拉上端固定于铁架台的轻质弹簧，读出不同拉力下的标尺刻度度x及拉力大小及

15、拉力大小F(从电脑中直接读出从电脑中直接读出)。所得数据记录在下列表格中：。所得数据记录在下列表格中：拉力大小拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69标尺刻度标尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.00(1)从图乙读出刻度尺上的刻度值为从图乙读出刻度尺上的刻度值为_cm。(2)根据所测数据，在图丙坐标纸上作出根据所测数据，在图丙坐标纸上作出F与与x的关系图像。的关系图像。(3)由图像求出该弹簧的劲度系数为由图像求出该弹簧的劲度系数为_N/m，弹簧的原长为，弹簧的原长为_cm。(均保留三位有效数字均保留三位有效数字)答案：答案：(1)63.6

16、0(2)图见解析图见解析(3)25.055.2创新角度创新角度(二二)实验目的的创新实验目的的创新3用金属制成的线材用金属制成的线材(如钢丝、钢筋如钢丝、钢筋)受到拉力作用会伸长。如果要直接测试成品受到拉力作用会伸长。如果要直接测试成品线材，比较困难。为此，我们可以选用同种材料制成样品进行测试，如表是线材，比较困难。为此，我们可以选用同种材料制成样品进行测试，如表是对样品测试取得的伸长量对样品测试取得的伸长量x的数据。的数据。(单位：单位：cm)材料的长度材料的长度l/m横截面积横截面积S/cm2拉力拉力F/N2505007501 00010.050.040.080.120.1620.050.

17、080.160.240.3230.050.120.240.360.4810.100.020.040.060.0810.200.010.020.030.04请回答下列问题：请回答下列问题：(1)这种测试方法，运用了这种测试方法，运用了_的科学思想。的科学思想。(2)根据样品的测试结果，该材料制成的线材受力后的伸长量根据样品的测试结果，该材料制成的线材受力后的伸长量x与材料的长度与材料的长度l、材、材料的横截面积料的横截面积S及拉力及拉力F的函数关系为的函数关系为_。(3)现有一该材料制成的金属杆，长为现有一该材料制成的金属杆，长为5 m，横截面积为，横截面积为0.8 cm2，设计要求它受到，设计

18、要求它受到拉力后的伸长量不超过拉力后的伸长量不超过0.4 cm。其能承受的最大拉力为。其能承受的最大拉力为_。创新角度创新角度(三三)实验原理的创新实验原理的创新4小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力。他设计了如图小李同学尝试用电压表量度弹簧的拉力。他设计了如图1所示的实验装置，其中所示的实验装置，其中MN是一条长是一条长20 cm、电阻为、电阻为20 的均匀电阻丝。电阻不计的金属弹簧下端与滑的均匀电阻丝。电阻不计的金属弹簧下端与滑动接触头动接触头P相连，上端连有接线柱。将电阻丝固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，相连，上端连有接线柱。将电阻丝固定在竖直位置，当弹簧被拉长时，P可沿可沿MN自由的滑动

19、。直流电源的电动势为自由的滑动。直流电源的电动势为4.5 V，内阻可忽略。将电阻箱的阻，内阻可忽略。将电阻箱的阻值设定为值设定为40 ，当拉力为零时，当拉力为零时，P刚好触及电阻丝的端点刚好触及电阻丝的端点M，此时让接入的电压，此时让接入的电压表读数为零。表读数为零。(1)为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图为达到实验目的，请你帮他完成实物连线图(导线要接在接线柱上导线要接在接线柱上)；(2)当当P触及端点触及端点N时，电压表的读数为时，电压表的读数为_V；(3)已知该弹簧的伸长量已知该弹簧的伸长量x与拉力与拉力F关系图线如图关系图线如图2所示，则弹簧拉力所示，则弹簧拉力F与电压表读与电压表读数数U的关系式为的关系式为_。