2023屆高考物理一輪復(fù)習(xí)課件：第五講 實(shí)驗(yàn) 探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系

1、第五講實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系一、彈簧模型：1.F=kX理想F=kX實(shí)際kk由彈簧的材料、匝數(shù)、面積決定思考：必須測出原長嗎？如何克服彈簧本身重力的影響？第五講實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系一、彈簧模型：1.F=kXF=kXk由彈簧的材料、匝數(shù)、面積決定思考：必須測出原長嗎？如何克服彈簧本身重力的影響？L第五講實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系一、彈簧模型：1.F=kXF=kXk由彈簧的材料、匝數(shù)、面積決定2.F=k(L-L0)=kL-kL0kL0思考：必須測出原長嗎？如何克服彈簧本身重力的影響？橫軸下方表示什么意義？高考真題：8. 2014年理綜新課標(biāo)卷23.某實(shí)驗(yàn)小組探究彈簧的勁度

2、系數(shù)k與其長度（圈數(shù)）的關(guān)系；實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示：一均勻長彈簧豎直懸掛，7個指針P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分別固定在彈簧上距懸點(diǎn)0、10、20、30、40、50、60圈處；通過旁邊豎直放置的刻度尺，可以讀出指針的位置，P0指向0刻度；設(shè)彈簧下端未掛重物時，各指針的位置記為x0；掛有質(zhì)量為0.100kg砝碼時，各指針的位置記為x；測量結(jié)果及部分計(jì)算結(jié)果如下表所示（n為彈簧的圈數(shù)，取重力加速度為9.80m/s2）.已知實(shí)驗(yàn)所用彈簧的總?cè)?shù)為60，整個彈簧的自由長度為11.88cm. （1）將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整： ， ；（2）以n為橫坐標(biāo)，1/k為縱坐標(biāo)，在圖（b）給出的坐標(biāo)紙上畫出

3、1/kn圖像；（3）圖（b）中畫出的直線可以近似認(rèn)為通過原點(diǎn)；若從實(shí)驗(yàn)中所用的彈簧截取圈數(shù)為n的一段彈簧，該彈簧的勁度系數(shù)k與其圈數(shù)n的關(guān)系的表達(dá)式為k= N/m；該彈簧的勁度系數(shù)k與其自由長度l0(單位為m)的表達(dá)式為k= . 81.70.01221.71X10-3/n3.38/l0N/m第四講實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系原理裝置圖操作要領(lǐng)平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等(1)安裝：按照原理裝置圖安裝實(shí)驗(yàn)儀器(2)操作：彈簧豎直懸掛，待鉤碼靜止時測出彈簧長度(3)作圖：坐標(biāo)軸標(biāo)度要適中，單位要標(biāo)注，連線時要使各數(shù)據(jù)點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè)，明顯偏離圖線的點(diǎn)要舍去把握經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案一、基礎(chǔ)原

4、理與操作圖像法根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。以彈簧的彈力F為縱軸，彈簧的伸長量x為橫軸，根據(jù)描點(diǎn)的情況，作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線列表法將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，彈力與彈簧伸長量的比值不變函數(shù)法根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系二、核心關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理融通多彩實(shí)驗(yàn)方案魯科版新教材探究彈簧彈力的大小與伸長量的關(guān)系要點(diǎn)解讀 (1)刻度尺固定在鐵架臺上，刻度尺的零點(diǎn)與彈簧懸點(diǎn)并不對齊。 (2)彈簧的伸長量仍等于兩次彈簧長度的讀數(shù)之差。歸納共性實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵1不變的實(shí)驗(yàn)原理(1)都是利用平衡時彈簧彈力等于懸掛鉤碼的重力大小來得到彈簧彈力的大小，即FG

5、。(2)都是利用刻度尺測量彈簧原長l0和掛鉤碼后彈簧的長度l，利用xll0得出彈簧的形 變量x。2必備的實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺、刻度尺、彈簧、鉤碼(若干)。3通用的數(shù)據(jù)處理方法(1)圖像法；(2)列表法；(3)函數(shù)法4共同的注意事項(xiàng)(1)所掛鉤碼不要過重，不能超出彈簧的彈性限度。(2)測量彈簧的長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時測量。(3)連線時要注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。考法一實(shí)驗(yàn)原理與操作1如圖甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個質(zhì)量均為m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。 (1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的實(shí)驗(yàn)器材有：_。 (2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有：_。(3)圖乙是

6、彈簧彈力F與彈簧伸長量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(diǎn)是由于_?？潭瘸邚椈稍L、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度200彈簧自身的重力(4)為完成該實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：A以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F(xiàn))對應(yīng)的點(diǎn)，并用平滑的曲線連接起來；B記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0；C將鐵架臺固定在桌子上，并將彈簧的一端系在橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；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，寫出彈力與伸長量的關(guān)系式，首先嘗試寫

7、成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義； G整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：_。CBDAEFG考法二數(shù)據(jù)處理和誤差分析2.如圖(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?，F(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，移動游標(biāo)，使其零刻度線對準(zhǔn)指針，此時標(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，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?

8、.80 m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為_ N/m(保留3位有效數(shù)字)。3.77553.73某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，所用實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，所用鉤碼質(zhì)量均為30 g。他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在表中。實(shí)驗(yàn)中彈簧始終未超過彈性限度，取g10 m/s2。鉤碼質(zhì)量/g0306090120150彈簧總長度/cm6.007.008.009.0010.0011.00(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖乙所示的坐標(biāo)系中作出彈簧所受彈力大小與彈簧總長度之間的函數(shù)關(guān)系的圖線。(2)該彈簧的自然長度為_cm； 勁度系數(shù)k_N/m

9、。(3)若該彈簧所能承受的最大拉力(超過此值就不是彈性形變)為10.2 N，則彈簧的最大長度為lm_cm。(4)圖線延長后與l510-2 m直線的交點(diǎn)的物理意義是 _ 。63040彈簧被壓縮1 cm時的彈力為0.3 N例1某興趣小組用如圖甲所示實(shí)驗(yàn)裝置完成探究彈簧彈力和彈簧伸長量的關(guān)系后做拓展研究。實(shí)驗(yàn)步驟如下：將輕彈簧懸掛于鐵架臺，測得彈簧原長L0；在彈簧下端懸掛質(zhì)量為m的鉤碼，待系統(tǒng)靜止時，測得彈簧長度L；當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，彈簧的勁度系數(shù)k_(用m、g、L0、L表示)；托起鉤碼使彈簧恢復(fù)原長，并由靜止釋放，測得彈簧拉伸的最大長度L。發(fā)現(xiàn)LL，于是進(jìn)一步探究彈簧兩次伸長量x0LL0和xLL

10、0之間的關(guān)系；(1)將上面、步驟補(bǔ)充完整；(2)步驟中，系統(tǒng)靜止時，鉤碼受力平衡有mg_(用k、x0表示)；(3)步驟中，根據(jù)機(jī)械能守恒定律，彈簧被拉伸到最長時的彈性勢能Ep_(用m、g、x表示)；(4)結(jié)合步驟，勁度系數(shù)為k的彈簧伸長x時，對應(yīng)的彈性勢能Ep_(用k、x表示)。2kx0mgx例2某同學(xué)利用彈簧測力計(jì)、小車、砝碼、鉤碼、木塊和帶有定滑輪的長木板等器材，探究滑動摩擦力Ff與正壓力FN之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。該同學(xué)主要的實(shí)驗(yàn)步驟如下：a將一端帶有定滑輪的長木板放在水平桌面上，在細(xì)繩一端懸掛適量的鉤碼，使其能夠帶動小車向右運(yùn)動；b多次改變木塊上砝碼的個數(shù)，并記錄多組數(shù)據(jù)；c進(jìn)行

11、數(shù)據(jù)處理，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。請回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測量木塊和木塊上砝碼所受的總重力，并記錄_。(2)利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以滑動摩擦力Ff為橫軸，正壓力FN為縱軸，建立直角坐標(biāo)系。若通過描點(diǎn)，得到一條傾斜的直線，該直線的斜率所表示的物理意義(可用文字描述)為_。(3)通過實(shí)驗(yàn)可得出的結(jié)論是_。彈簧測力計(jì)的示數(shù)動摩擦因數(shù)的倒數(shù)在誤差允許范圍內(nèi)，F(xiàn)f與FN成正比創(chuàng)新演練1(2022濟(jì)南模擬)圖甲為某同學(xué)用力傳感器去探究彈簧的彈力和伸長量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)情境。用力傳感器豎直向下拉上端固定于鐵架臺的輕質(zhì)彈簧，讀出不同拉力下的標(biāo)尺刻度x及拉力大小F(從電腦中直接讀出)。所得數(shù)據(jù)記錄在下列表格中：(1)

12、從圖乙讀出刻度尺上的刻度值為_cm。(2)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在圖丙作出F與x的關(guān)系圖像。(3)由圖像求出該彈簧的勁度系數(shù)為_N/m，彈簧的原長為_cm。(均保留三位有效數(shù)字)拉力大小F/N0.450.690.931.141.441.69標(biāo)尺刻度x/cm57.0258.0159.0060.0061.0362.0063.6025.055.2(1)不懸掛物塊C，讓系統(tǒng)保持靜止，確定掛鉤的位置O，并讀出壓力傳感器的示數(shù)F0。(2)每次掛上不同質(zhì)量的物塊C，用手托住，緩慢釋放。測出系統(tǒng)穩(wěn)定時掛鉤相對O點(diǎn)下移的距離xi，并讀出相應(yīng)的壓力傳感器的示數(shù)Fi。(3)以壓力傳感器示數(shù)為縱坐標(biāo)，掛鉤下移距離為橫坐標(biāo)，根據(jù)每次測量的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作出F-x圖像如圖2所示。由圖像可知，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為彈簧彈力與彈簧形變量成_(選填“正比”“反比”或“不確定關(guān)系”)；由圖像可知：彈簧勁度系數(shù)k_N/m