新高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长量的关系教学案.pdf
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1、欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!1/15新高考物理一轮复习 实验二 探究弹力和弹簧伸长量的关系教学案 1探究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的关系;2验证力的平行四边形定则 3学会用列表法、图象法等方法处理实验数据 【实验目的】1探究弹力和弹簧伸长的定量关系 2学会利用列表法、图象法研究物理量之间的关系【实验原理】1弹簧受力会发生形变,形变的大小与受到的外力有关沿着弹簧的方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的 2用悬挂法测量弹簧的弹力,运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 3弹簧的长度可
2、用刻度尺直接测出,伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系即寻求F kx 的关系.【实验器材】弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸【实验步骤】1将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!2/15长状态时的长度l0,即原长 2如图2 4 1 所示,将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,在平衡时测量弹簧的总长度并测出钩码的重力,填写在记录表格里 1 2 3 4 5 6 7 F/N L/cm x/cm 3.改变所挂钩码的质量,重
3、复前面的实验过程多次 【实验数据的处理】1 以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x 为横坐标,用描点法作图连接各点,得出弹力F 随弹簧伸长量x 变化的图线 2以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数 3得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义【实验误差的来源】1弹簧长度的测量误差 2描点画线的作图误差【注意事项】1所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度要注意观察,适可而止 2每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀,这样作出的图线更精确 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源
4、于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!3/153测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,以免增大误差 4描点画线时,所描的点不一定都落在一条曲线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧 5记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 【方法规律】(1)列表法 将测得的F、x 填入设计好的表格中,可以发现弹力F 与弹簧伸长量x 的比值在误差允许范围内是相等的(2)图象法 以弹簧伸长量x 为横坐标,弹力F 为纵坐标,描出F、x 各组数据相应的点,作出的拟合曲线,是一条过坐标原点的直线(3)函数法 弹力F 与弹簧伸长量x 满足F kx 的关系 2注意事项
5、(1)不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度(2)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(3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点(4)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 3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 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!4/15高频考点一 实验的基本操
6、作及数据处理 【例1】弹簧的劲度系数与弹簧的材质、弹簧丝的粗细、单位长度内的匝数及弹簧的原长等因素有关,为了探究弹簧劲度系数与弹簧原长的关系,某同学设计了如下实验:(1)实验器材:刻度尺、原长约30 cm 的轻弹簧一根、质量适当且相同的钩码 5 个、剪刀一把(用来剪断弹簧),除以上器材外,还需要的器材是_。(2)简要实验步骤如下,请完成相应填空:a将轻弹簧A 悬挂在铁架台上,用刻度尺测量弹簧的原长L0;b在弹簧的下端挂上钩码,记下钩码的个数n(n 分别取1、2、3、4、5),并待钩码静止时测出_,计算出弹簧的伸长量x;c改变钩码个数,重复实验步骤b;d将另一根与A 完全相同的弹簧剪成长度不同的
7、两段B 和C,测出B 和C的原长之比为21,分别用B 和 C 代替A 重复实验步骤a、b、c。(3)根据实验测量的数据,以所挂钩码个数n 为横坐标,以弹簧伸长量x 为纵坐标,得到上述A、B、C 三个弹簧的xn 图像如图所示,根据图像可得出的实验结 论为_,图线A 的上 部 发生 弯曲 的原 因是_。比,图线A 的上部发生弯曲的原因是弹簧弹力超过其弹性限度,胡克定律不再成立。答案:(1)铁架台(2)弹簧的长度(3)劲度系数与弹簧原长成反比 弹簧弹力超过其弹性限度【变式探究】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文
8、档!5/15(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(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10 g 砝码,弹簧长度依次记为L1 至 L6。数据如下表:代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值(cm)25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 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分度为_。(3)图1 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(
9、填“L0”或“Lx”)。图 1(4)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9.8 m/s2)【解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起,所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2)弹簧静止时,记录原长L0;表中的数据L3 与其他数据有效数字位数不同,所以数据L3不规范,标准 m kg 0.01 kg 10 g。【答案】(1)竖直(2)静止 L3 1 mm(3)Lx(4)4.9 10 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!6/15【方法技巧】实验数据处理的方法
10、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。【变式训练】如图1 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 图 1(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 F x 图线,由此可求出弹簧的劲度系数为_
11、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,写出弹力与弹簧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;欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,
12、如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!7/15G整理仪器 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:_.高频考点二 数据处理及误差分析【例2】在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图7 甲所示所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5 个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度 图 7(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在如图乙所示的图象中描点,请作出F L 图线(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0 _cm,劲度系数k _N/m.(3)试根据以上该同学的实验情况,请你帮助他设计一个记 录实
13、验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较 优点是:_;缺点是:_.【答案】(1)见解析(2)5 20(3)见解析(4)避免弹簧自身所受重力对实验的影响 弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验误差【解析】(1)用平滑的曲线将各点连接起来,如图所示 次数 1 2 3 4 5 6 弹力F/N 弹簧的长度L/(10 欢迎您阅读并下载本文档,本文档来源于互联网,如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档!8/152m)弹簧的伸长量x/(10 2m)(4)优点是避免弹簧自身所受重力对实验的影响 缺点是弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在摩擦造成实验
14、误差【变式探究】为了探究弹力F 和弹簧伸长量x 的关系,某同学选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,根据测得的数据绘出如图4 所示图象 图 4(1)从图象上看,该同学没能完全按照实验要求做,从而使图象上端成为曲线,图象上端成为曲线是因为_(2)甲、乙弹簧的劲度系数分别为_N/m 和 _N/m(结果保留三位有效数字);若要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选弹簧_(填“甲”或“乙”)(3)从上述数据和图线中分析,请对这个研究课题提出一个有价值的建议【答案】(1)弹簧的形变量超过其弹性限度(2)66.7 200 甲 (3)见解析 要制作一个精确度较高的弹簧测力计,应选用在一定的外力作用时,弹簧的形
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