【物理】2018届一轮复习人教版实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系教案

【物理】2018届一轮复习人教版实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系教案

实验二　探究弹力和弹簧伸长的关系 一、实验目的 ‎1．探究弹力和弹簧伸长量的关系．‎ ‎2．学会利用图象法处理实验数据，探究物理规律．‎ 二、实验原理 ‎1．如图所示，弹簧在下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等．‎ ‎2．用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探知弹力大小与伸长量间的关系．‎ 三、实验器材 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、三角板、坐标纸、重锤线．‎ 四、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长状态时的长度l0，即原长．‎ ‎2．如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，填入自己设计的表格中．‎ ‎3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5‎ 和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4、x5.‎ 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F ‎0‎ l0＝‎ ‎1‎ l1＝‎ x1＝l1－l0‎ m1＝‎ F1＝‎ ‎2‎ l2＝‎ x2＝l2－l0‎ m2＝‎ F2＝‎ ‎3‎ l3＝‎ x3＝l3－l0‎ m3＝‎ F3＝‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ ‎⋮‎ 五、数据处理 ‎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，写出图线所代表的函数，并解释函数表达式中常数的物理意义．‎ 六、误差分析 ‎1．钩码标值不准确造成系统误差．‎ ‎2．弹簧长度的测量和作图时造成偶然误差．‎ 七、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适当大一些，从而使坐标点的间距尽可能大，这样作出的图线准确度更高一些．‎ ‎3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，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的两侧．‎ ‎5．记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位．‎ ‎ 6．坐标轴的标度要适中.‎ 考点一　实验原理及操作 ‎[典例1]　某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验．‎ ‎(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为‎7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量Δl为________ cm.‎ ‎(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是________(填选项前的字母)．‎ A．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码的总重 B．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 ‎(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是________________．‎ 解析　(1)由图乙可知，弹簧长度为14.66 cm，因此弹簧伸长量为Δl＝14.66 cm－7.73 cm＝6.93 cm.‎ ‎(2)规范的做法是逐一增挂钩码，记录每增加一只钩码标尺的刻度值和对应的钩码质量，这样规律增加钩码容易探究弹力与伸长量的关系，而且不会一开始就超过弹簧弹性限度，才能继续后面的实验，如果随意增加钩码，可能会造成开始就超过弹簧弹性限度，使后面实验无法进行．‎ ‎(3)超过弹簧的弹性限度时，弹簧弹力与伸长量不再成正比关系，会造成图线偏离直线OA的现象．‎ 答案　(1)6.93(6.92～6.94均正确)　‎ ‎(2)A　(3)超过弹簧的弹性限度 考点二　数据处理及误差分析 ‎[典例2]　某实验小组做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验，实验时，先把弹簧平放在桌面上，用直尺测出弹簧的原长L0＝‎4.6 cm，再把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧长度x，数据记录如下表所示.‎ 钩码个数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 弹力F/N ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ ‎5.0‎ 弹簧的长度x/cm ‎7.0‎ ‎9.0‎ ‎11.0‎ ‎13.0‎ ‎15.0‎ ‎(1)根据表中数据作出F－x图线；‎ ‎(2)由此图线可得，该弹簧劲度系数k＝________N/m.‎ ‎(3)图线与x轴的交点坐标大于L0的原因是_____________.‎ 解析　(1)根据表中数据描点并作图，如图所示．‎ ‎(2)根据图线的斜率可确定弹簧的劲度系数．‎ k＝＝×102 N/m＝50 N/m ‎(3)由题意知，测弹簧的原长L0时，弹簧是平放在桌面上的．当弹簧竖直悬挂时，由于弹簧自身重力的影响，即使不挂钩码，弹簧也会伸长一小段，所以图线与x轴的交点坐标大于L0.‎ 答案　(1)见解析　(2)50　(3)未考虑弹簧自身重力的影响 考点三　实验改进　拓展创新 以本实验为背景，通过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥于教材，体现开放性、探究性等特点．‎ ‎1．实验器材的改进 弹簧的弹力直接由力传感器测得，数据处理由计算机处理．‎ ‎2．实验的拓展延伸 将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向上做实验，消除了弹簧自重的影响．‎ ‎[典例3]　在“探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”实验中，实验装置如图甲所示．右侧挂上钩码，相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．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L.‎ ‎(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据在坐标纸中描点，如图乙所示．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，帮助他设计一个记录实验数据的表格(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，优点在于：__________________________________；‎ 缺点在于：______________________________.‎ 解析　(1)用平滑的曲线将各点连接起来(舍去偏离较大的点)，如图所示．‎ ‎(2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－‎2 m＝‎5 cm.‎ 劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20 N/m.‎ ‎(3)记录数据的表格如下：‎ 次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ 弹力F/N 弹簧的长度L/(×10－2m)‎ 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的摩擦造成的实验误差增大．‎ 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的摩擦造成的实验误差增大 ‎1．(多选)如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连．当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时，在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象，如图乙所示．则下列判断正确的是(　　)‎ A．弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比 B．弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比 C．该弹簧的劲度系数是200 N/m D．该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变 解析：选BCD.由题图知，Fx是一条过原点的直线，k＝ N/m＝200 N/m，可知A错误，B、C、D正确．‎ ‎2．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，某同学把两根弹簧如图甲连接起来进行探究．‎ 钩码数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ LA/cm ‎15.71‎ ‎19.71‎ ‎23.66‎ ‎27.76‎ LB/cm ‎29.96‎ ‎35.76‎ ‎41.51‎ ‎47.36‎ ‎(1)某次测量如图乙所示，指针示数为________cm.‎ ‎(2)在弹性限度内，将‎50 g的钩码逐个挂在弹簧下端，得到指针A、B的示数LA和LB如表．用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为________N/m(重力加速度 g＝‎10 m/s2)．由表数据________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数．‎ 解析：(1)刻度尺分度值为1毫米，读数应估读到毫米下一位，故指针的示数为16.00 cm.‎ ‎(2)当A弹簧的弹力为FA1＝0.50 N、FA2＝1.00 N、FA3＝1.50 N、FA4＝2.00 N时，弹簧长度LA1＝‎15.71 cm、LA2＝‎19.71 cm、LA3＝‎23.66 cm、LA4＝‎27.76 cm，根据ΔF＝kΔx得k1＝12.50 N/m、k2＝12.66 N/m、k3＝12.20 N/m，所以弹簧Ⅰ的劲度系数k＝＝12.45 N/m.根据表可以计算出弹簧Ⅱ每次的伸长量Δx′，也可以根据ΔF＝k′Δx′计算弹簧Ⅱ的劲度系数(劲度系数的计算也可以通过作Fx图象处理，图象的斜率即等于弹簧的劲度系数)．‎ 答案：(1)16.00(有效数字位数正确，15.96～16.05均可)‎ ‎ (2)12.45(12.20～12.80均可)　‎