2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第二章 實(shí)驗(yàn)二 探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系課件 教科版.ppt

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1、實(shí)驗(yàn)二探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系,,大一輪復(fù)習(xí)講義,,第二章相互作用,,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,過好雙基關(guān),研透命題點(diǎn),回扣基礎(chǔ)知識 訓(xùn)練基礎(chǔ)題目,細(xì)研考綱和真題 分析突破命題點(diǎn),,過好雙基關(guān),,,,基本實(shí)驗(yàn)要求,,,1.實(shí)驗(yàn)原理 彈簧受到拉力作用會伸長，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等；彈簧的伸長量越大，彈力也就越大. 2.實(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺、彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙. 3.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)安裝實(shí)驗(yàn)儀器(如圖1所示).,圖1,(2)測量彈簧的伸長量(或總長)及所受的拉力(或所掛鉤碼的質(zhì)量)，列表作出記錄，要盡可能多測幾組數(shù)據(jù). (3)根據(jù)所測數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，以力為縱坐標(biāo)，以

2、彈簧的伸長量為橫坐標(biāo). (4)按照在圖中所繪點(diǎn)的分布與走向，嘗試作出一條平滑的曲線(包括直線)，所畫的點(diǎn)不一定正好在這條曲線上，但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同. (5)以彈簧的伸長量為自變量，寫出曲線所代表的函數(shù)，首先嘗試一次函數(shù)，如果不行再考慮二次函數(shù).,,規(guī)律方法總結(jié),,,1.數(shù)據(jù)處理 (1)列表法 將測得的F、x填入設(shè)計(jì)好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力F與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的. (2)圖像法 以彈簧伸長量x為橫坐標(biāo)，彈力F為縱坐標(biāo)，描出F、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點(diǎn)，作出的擬合曲線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線. (3)函數(shù)法 彈力F與彈簧伸長量x滿足Fkx的關(guān)系.,2.注意事項(xiàng) (1)

3、不要超過彈性限度：實(shí)驗(yàn)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)盡量多測幾組數(shù)據(jù)：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(diǎn)的走向：本實(shí)驗(yàn)是探究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前并不知道其規(guī)律，所以描點(diǎn)以后所作的曲線是試探性的，只是在分析了點(diǎn)的分布和走向以后才決定用直線來連接這些點(diǎn). (4)統(tǒng)一單位：記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位. 3.誤差分析 (1)鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差. (2)畫圖時(shí)描點(diǎn)及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差.,,研透命題點(diǎn),,,處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法 1.列表分析法：分析列表中彈簧拉力F與對應(yīng)彈簧的形變量x的關(guān)系，可以先

4、考慮F和x的乘積，再考慮F和x的比值，也可以考慮F和(x)2的關(guān)系或F和 的關(guān)系等，結(jié)論： 為常數(shù). 2.圖像分析法：作出Fx圖像，如圖2所示. 此圖像是過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線，即F和x成正比關(guān)系.,,,,命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn),圖2,作圖的規(guī)則： (1)要在坐標(biāo)軸上標(biāo)明軸名、單位，恰當(dāng)?shù)剡x取縱軸、橫軸的標(biāo)度，并根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)正確確定坐標(biāo)起點(diǎn)，使所作出的圖像幾乎占滿整個(gè)坐標(biāo)圖紙.若彈簧原長較長，則橫坐標(biāo)起點(diǎn)可以不從零開始選擇. (2)作圖線時(shí)，盡可能使直線通過較多坐標(biāo)描點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能對稱分布在直線的兩側(cè)(若有個(gè)別點(diǎn)偏離太遠(yuǎn)，則是因偶然誤差太大所致，應(yīng)舍去). (3)要注意坐標(biāo)軸代表的

5、物理量的意義，注意分析圖像的斜率、截距的意義.,解析由題圖乙知，讀數(shù)為14.66 cm，所以彈簧伸長量為(14.667.73) cm6.93 cm；,例1某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn). (1)圖3甲是不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，其示數(shù)為7.73 cm；圖乙是在彈簧下端懸掛鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，此時(shí)彈簧的伸長量l為________cm；,圖3,6.93,(2)本實(shí)驗(yàn)通過在彈簧下端懸掛鉤碼的方法來改變彈簧的彈力，關(guān)于此操作，下列選項(xiàng)中規(guī)范的做法是________.(填選項(xiàng)前的字母) A.逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重 B.隨意增減

6、鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對應(yīng)的鉤碼總重,A,解析若隨意增減鉤碼，會使作圖不方便，有可能會超出彈簧形變范圍，所以應(yīng)逐一增掛鉤碼，選項(xiàng)A正確；,(3)圖丙是該同學(xué)描繪的彈簧的伸長量l與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是____________________________.,鉤碼重力超過彈簧彈力范圍,解析由題圖丙知AB段伸長量與彈力不成線性關(guān)系，是因?yàn)殂^碼重力超過彈簧彈力范圍.,變式1(2018四川省攀枝花市一模)某同學(xué)用如圖4所示的裝置做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).他先讀出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?，然后在彈簧下端掛?/p>

7、鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，分別記錄指針?biāo)缚潭瘸叩目潭?，所得?shù)據(jù)列表如下：,圖4,(1)當(dāng)在彈簧下端掛上3個(gè)鉤碼時(shí)，指針?biāo)疚恢萌鐖D所示，請將上表補(bǔ)充完整.,13.00,解析因?yàn)榭潭瘸叩姆侄戎禐? mm，故需要估讀到0.1 mm，所以刻度尺的讀數(shù)為130.0 mm13.00 cm,(2)已知實(shí)驗(yàn)所用單個(gè)鉤碼質(zhì)量為100 g，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8 m/s2，則該彈簧的勁度系數(shù)為________ N/m.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字),73.4,本實(shí)驗(yàn)一般是在教材實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新情景進(jìn)行考查，因此，要在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上注重遷移創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，善于用教材中實(shí)驗(yàn)的原理、方法和技巧處理新問題.,,,,命題

8、點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材與方法的創(chuàng)新,例2(2018全國卷22)如圖5(a)，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對齊的裝置，簡化為圖中的指針.,圖5,現(xiàn)要測量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù).當(dāng)托盤內(nèi)沒有砝碼時(shí)，移動游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950 cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100 kg的砝碼時(shí)，移動游標(biāo)，再次使其零刻度線對準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為________cm.當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為___________N/m(保留3位有效數(shù)字).,3.

9、775,53.7,解析標(biāo)尺的游標(biāo)為20分度，精確度為0.05 mm，游標(biāo)的第15個(gè)刻度與主尺刻度對齊，則讀數(shù)為37 mm150.05 mm37.75 mm3.775 cm. 放入砝碼后，彈簧伸長的長度x(3.7751.950) cm1.825 cm， 由胡克定律知，mgkx，,變式2(2018四川省第二次“聯(lián)測促改”)某同學(xué)為研究橡皮筋伸長與所受拉力的關(guān)系，做了如下實(shí)驗(yàn)： 如圖6所示，將白紙固定在制圖板上，橡皮筋一端固定在O點(diǎn)，另一端A系一小段輕繩(帶繩結(jié))；將制圖板豎直固定在鐵架臺上. 將質(zhì)量為m100 g的鉤碼掛在繩結(jié)上，靜止時(shí)描下橡皮筋下端點(diǎn)的位置A0；用水平力拉A點(diǎn)，使A點(diǎn)在新的位置靜

10、止，描下此時(shí)橡皮筋下端點(diǎn)的位置A1；逐步增大水平力，重復(fù)5次,圖6,取下制圖板，量出A1、A2、各點(diǎn)到O的距離l1、l2、；量出各次橡皮筋與OA0之間的夾角1、2,圖7,在坐標(biāo)紙上做出 l的圖像如圖7.,完成下列填空： (1)已知重力加速度為g，當(dāng)橡皮筋與OA0間的夾角為時(shí)，橡皮筋所受的拉力大小為________(用g、m、表示).,(2)取g10 m/s2，由圖可得橡皮筋的勁度系數(shù)k________ N/m，橡皮筋的原長l0________ m.,解得k100 N/m；由題圖可知，橡皮筋的原長l00.21 m.,100,0.21,例3(2016全國卷22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行

11、探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接.向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能. (1)實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟： 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量 上述步驟正確的操作順序是____________(填入代表步驟的序號).,圖8,,,,,命題點(diǎn)三拓展實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢能,解析根據(jù)該實(shí)驗(yàn)操作過程，正確步驟應(yīng)為.,(2)圖9中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電

12、的頻率為50 Hz.由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為______m/s.比較兩紙帶可知，_____(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大.,圖9,1.29,M,據(jù)紙帶中打點(diǎn)的疏密知M紙帶獲得的最大速度較大，對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能較大.,變式3某同學(xué)利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連.彈簧處于原長時(shí)，小球恰好在桌面邊緣，如圖10所示.向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面.通過測量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.

13、,圖10,回答下列問題： (1)本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時(shí)的動能Ek相等.已知重力加速度大小為g.為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的________(填選項(xiàng)前的字母). A.小球的質(zhì)量m B.小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離s C.桌面到地面的高度h D.彈簧的壓縮量x E.彈簧原長l0,ABC,解析小球離開桌面后做平拋運(yùn)動，設(shè)桌面到地面的高度為h，小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離為s，,由此可知需要測量的量有m、s、h，故選A、B、C.,(2)用所選取的測量量和已知量表示Ek，得Ek_______.,(3)圖11中的直線是實(shí)驗(yàn)測量得到的sx圖線.從理論上可推出，如果h

14、不變，m增加，sx圖線的斜率會______(填“增大”“減小”或“不變”)；如果m不變，h增加，sx圖線的斜率會______(填“增大”“減小”或“不變”).由圖中給出的直線關(guān)系和Ek的表達(dá)式可知，Ep與x的____次方成正比.,圖11,減小,增大,二,在m增加時(shí)，速度v0減小，因而h不變時(shí)s減小，故sx圖線的斜率減小. m不變時(shí)，v0不變，h增加時(shí)，時(shí)間變長，s變大，故sx圖線的斜率增大. 由sx圖像可知，s正比于x，即skx.,所以Ep與x的二次方成正比.,變式4(2016四川理綜8)用如圖12所示的裝置測量彈簧的彈性勢能.將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的B、

15、C位置各安裝一個(gè)光電門，計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)與兩個(gè)光電門相連.先用米尺測得B、C兩點(diǎn)間距離s，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計(jì)時(shí)器顯示遮光片從B到C所用的時(shí)間t，用米尺測量A、O之間的距離x. (1)計(jì)算滑塊離開彈簧時(shí)速度大小的表達(dá)式是________.,圖12,(2)為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量________. A.彈簧原長B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣菴.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量,C,則還需要測量滑塊(含遮光片)的質(zhì)量，選項(xiàng)C正確.,(3)增大A、O之間的距離x，計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將_____. A.增大B.減小C.不變,解析增大A、O之間的距離x，彈簧的彈性勢能增大，滑塊離開彈簧后的速度增大，從B到C的時(shí)間t將減小，選項(xiàng)B正確.,B,