2022届高考物理一轮复习-第二章-相互作用-共点力的平衡-实验2-探究弹簧弹力与形学案-新人教版.docx
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1、2022届高考物理一轮复习 第二章 相互作用 共点力的平衡 实验2 探究弹簧弹力与形学案 新人教版2022届高考物理一轮复习 第二章 相互作用 共点力的平衡 实验2 探究弹簧弹力与形学案 新人教版年级:姓名:13实验2探究弹簧弹力与形变量的关系必备知识预案自诊一、实验目的探究弹簧弹力与形变量的定量关系。二、实验思路1.如图所示,弹簧弹力(F)等于悬挂钩码的重力。2.弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(l)减去原长(l0)。3.多测几组,找出F与x的关系。三、实验器材弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。四、进行实验1.安装实验仪器。2.用刻度尺测出弹簧的原长。3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码
2、,量出此时弹簧的长度l1,填入表格中。4.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,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。五、数据处理1.以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。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,则考虑二次函数等。3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,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、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线
3、不准确等都会引起实验误差。2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变量超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲。3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零。关键能力学案突破考点一教材原型实验(自主探究)【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l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
4、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l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。考点二实验的改进与创新改进与创新类型例析实验思路的创新图1图21.弹簧水平放置,消除弹簧自身重力对实验的影响(图1)。2.改变弹簧的固定方式,研究弹簧弹力大小与压缩量之间的大小关系(图2)实验器材的创新用力传感器显示的拉力F代替钩码续表实验过程的创新图3图4图3:1.利用固定在弹簧上的7个指针,探究弹簧的劲度系数k与弹簧长度的关系。2.利用“化曲为直”的思想,
5、将探究劲度系数k与弹簧圈数n的关系,转化为探究1k与n的关系。图4:利用浮力对弹簧弹力大小的影响,探究弹簧的劲度系数及钩码浮力的大小【典例2】某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。实验装置如图甲所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度。设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100 kg的砝码时,各指针的位置记为x。测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80 m/s2)。
6、已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88 cm。P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.227.7810.3112.8515.41n102030405060k(N/m)16357.043.434.828.81k(m/N)0.006 10.017 50.023 00.028 70.034 7(1)将表中数据补充完整:,。(2)以n为横坐标,1k为纵坐标,在图乙中画出1k-n图像。甲乙(3)图乙中画出的直线可近似认为通过原点。若从实验所用的弹簧中截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达
7、式为k= N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k= N/m。解题指导1.分析实验目的:探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系。2.确定实验思路:挂重物前,各指针对应的读数为弹簧原长x0,挂重物后,各指针对应的读数为弹簧伸长后的长度x,则有:mg=k(x-x0)。3.制定数据分析方案(1)由mg=k(x-x0)可求出k和1k。(2)根据表中数据在坐标系1k-n中描点连线,可得到1k-n图像。(3)由图线求出对应斜率,设为a,则表达式为k=1an,而由n=600.1188l0再推得k与l0的关系式。对应演练迁移应用1.(2020内蒙古通辽高三三模)橡皮筋像弹簧
8、一样,也遵守胡克定律,即在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比,可表达为F=kx,某同学用铁架台、刻度尺、钩码和待测橡皮筋组成如图所示装置测定橡皮筋的劲度系数,通过改变钩码个数测得一系列弹力F与橡皮筋总长度x的值,并作出F-x图像如图。请回答下列问题:(1)若将图线延长与F轴相交,该交点的物理意义是;(2)由图线计算得该橡皮筋的劲度系数为;(3)橡皮筋的劲度系数k与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关,理论与实际都表明k=YSL,其中Y是一个由材料决定的常量,材料力学上称之为杨氏模量。已知该实验所测橡皮筋未受到拉力时圆形横截面的直径D=4.00 mm,则其杨氏模量Y=。2.(2018全国卷)
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