2018-2019高中物理 第3章 力與相互作用 實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系學(xué)案 滬科版必修1.doc
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實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系目標(biāo)定位1.探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系.2.學(xué)會(huì)利用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).3.能根據(jù)Fx、Fl圖像求出彈簧的勁度系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)原理1如圖1所示,在彈簧下端懸掛鉤碼時(shí)彈簧會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等彈簧的原長(zhǎng)與掛上鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度可以用刻度尺測(cè)出,其伸長(zhǎng)量x可以用彈簧的長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)來求得圖12建立直角坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x,在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x,F(xiàn))對(duì)應(yīng)的點(diǎn),作出彈簧彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系圖像,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖像,就可探知彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)器材輕彈簧、鉤碼(一盒)、刻度尺、鐵架臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)步驟1將彈簧的一端掛在鐵架臺(tái)上,讓其自然下垂,用刻度尺測(cè)出彈簧自然伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)的長(zhǎng)度l0,即原長(zhǎng)2如圖2所示,在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼,測(cè)出此時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l1,記錄m1和l1.圖23改變所掛鉤碼的質(zhì)量,測(cè)出對(duì)應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度,記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長(zhǎng)度l2、l3、l4、l5.4計(jì)算出每次彈簧的伸長(zhǎng)量x(xll0)和彈簧受到的拉力F(Fmg),并將數(shù)據(jù)填入表格.1234567F/N0l/cmx/cm0四、數(shù)據(jù)處理1建立直角坐標(biāo)系,以F為縱軸,x為橫軸,根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法作圖連接各點(diǎn)得出F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線2以彈簧的伸長(zhǎng)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),如果不行則考慮二次函數(shù)3得出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的定量關(guān)系,解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義五、誤差分析1本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時(shí)的偶然誤差為了減小誤差,要盡量多測(cè)幾組數(shù)據(jù)2彈簧豎直懸掛時(shí),未考慮彈簧自身重力的影響會(huì)帶來系統(tǒng)誤差為了減小該系統(tǒng)誤差,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用輕質(zhì)彈簧六、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)中彈簧下端掛的鉤碼不要太多,以免超出彈簧的彈性限度2測(cè)量長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)區(qū)別彈簧原長(zhǎng)l0、實(shí)際長(zhǎng)度l及伸長(zhǎng)量x三者之間的不同,明確三者之間的關(guān)系3記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位4描點(diǎn)作圖時(shí),應(yīng)使盡量多的點(diǎn)落在畫出的線上,可允許少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè),描出的線不應(yīng)是折線,而應(yīng)是平滑的曲線或直線5盡量選輕質(zhì)彈簧以減小彈簧自身重力帶來的影響例1(1)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,以下說法正確的是()A彈簧被拉伸時(shí),不能超出它的彈性限度B用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C用刻度尺測(cè)得彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量D用幾個(gè)不同的彈簧,分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量,得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等(2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長(zhǎng),用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上鉤碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度L,把LL0作為彈簧的伸長(zhǎng)量x.這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是()解析(1)本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以需要研究的一根彈簧為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目,以改變對(duì)彈簧的拉力,實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧要處于豎直位置,故A、B正確;彈簧的伸長(zhǎng)量為彈簧拉長(zhǎng)后的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)的差,故C錯(cuò)誤;對(duì)于不同的彈簧,其所受拉力與伸長(zhǎng)量之比是不同的,故D錯(cuò)誤(2)由于考慮彈簧自身重力的影響,當(dāng)不掛鉤碼時(shí),彈簧的伸長(zhǎng)量x0,所以選C.答案(1)AB(2)C例2某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系(1)將彈簧懸掛在鐵架臺(tái)上,將刻度尺固定在彈簧一側(cè)彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在_方向(填“水平”或“豎直”)(2)彈簧自然懸掛,待彈簧_時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)0;彈簧下端掛上砝碼盤時(shí),長(zhǎng)度記為L(zhǎng)x;在砝碼盤中每次增加10 g砝碼,彈簧長(zhǎng)度依次記為L(zhǎng)1至L6.數(shù)據(jù)如下表.代表符號(hào)L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個(gè)數(shù)值記錄不規(guī)范,代表符號(hào)為_由表可知所用刻度尺的最小分度為_(3)圖3是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖,縱軸是砝碼的質(zhì)量,橫軸是彈簧長(zhǎng)度與_的差值(填“L0”或“Lx”)圖3(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_N/m;通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為_g(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字,重力加速度g取9.8 N/kg)解析(1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生,所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向(2)彈簧靜止穩(wěn)定時(shí),記錄原長(zhǎng)L0;表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同,所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位,最后一位應(yīng)為估讀值,精確至0.1mm,所以刻度尺的最小分度為1 mm.(3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時(shí),x為0,所以xLLx(L為彈簧長(zhǎng)度)(4)由胡克定律Fkx知,mgk(LLx),即mgkx,所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k N/m4.9 N/m同理,砝碼盤質(zhì)量m kg0.01 kg10 g.答案(1)豎直(2)穩(wěn)定L31 mm (3)Lx(4)4.9101在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,某實(shí)驗(yàn)小組將不同數(shù)量的鉤碼分別掛在豎直彈簧下端,進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù),利用描點(diǎn)法作出了所掛鉤碼的重力G與彈簧總長(zhǎng)L的關(guān)系圖像,如圖4所示,根據(jù)圖像回答以下問題:圖4(1)彈簧的原長(zhǎng)為_(2)彈簧的勁度系數(shù)為_答案(1)10 cm(2)1 000 N/m解析鉤碼的重力等于其對(duì)彈簧的拉力,又根據(jù)胡克定律Fkxk(LL0),所以圖線在橫軸上的截距表示彈簧原長(zhǎng),斜率表示彈簧的勁度系數(shù),故L010 cm,kN/m1 000 N/m.2某同學(xué)用如圖5所示裝置做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,然后在彈簧下端掛上鉤碼,并逐個(gè)增加鉤碼,測(cè)出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,所得數(shù)據(jù)列表如下:(g取9.8 N/kg)圖5鉤碼總質(zhì)量m/102 g01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/102 m15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)在圖6坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼總質(zhì)量m的關(guān)系曲線圖6(2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷,在_N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量關(guān)系滿足胡克定律這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為_N/m.答案(1)見解析圖(2)04.925.00解析(1)根據(jù)表格中的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上標(biāo)出相應(yīng)的點(diǎn),然后用平滑曲線連接這些點(diǎn),作出的圖像如圖所示(2)根據(jù)作出的圖線可知,鉤碼質(zhì)量在0500 g范圍內(nèi)圖線是直線,表明彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)量關(guān)系滿足胡克定律在這個(gè)范圍內(nèi)的曲線上找到相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn),利用這兩點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)k N/m25.00 N/m.1.(多選)如圖1甲所示,一個(gè)彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連,當(dāng)對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時(shí),在電腦上得到了彈簧長(zhǎng)度的形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力大小的關(guān)系圖像(如圖乙)則下列判斷正確的是()圖1A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比B彈簧長(zhǎng)度的增加量與對(duì)應(yīng)的彈力增加量成正比C該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/mD該彈簧受到反向壓力時(shí),勁度系數(shù)不變答案BCD2在“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,得到輕質(zhì)彈簧的彈力F大小和彈簧長(zhǎng)度L的關(guān)系圖像如圖2所示,則由圖線可知:圖2(1)彈簧的原長(zhǎng)是_ cm;(2)彈簧的勁度系數(shù)為_ N/m;(3)表示彈簧處于壓縮狀態(tài)的是圖線_答案(1)10(2)200(3)b解析(1)當(dāng)F0時(shí),彈簧長(zhǎng)度為原長(zhǎng),由題圖得,彈簧原長(zhǎng)為10 cm.(2)由公式Fkx得k N/m200 N/m(3)當(dāng)彈簧長(zhǎng)度小于原長(zhǎng)時(shí),處于壓縮狀態(tài),故是圖線b.3為了探究彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量x的關(guān)系,李強(qiáng)同學(xué)選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測(cè)試,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪出如圖3所示的圖像,從圖像上看,該同學(xué)沒能完全按實(shí)驗(yàn)要求做,使圖像上端成為曲線,圖像上端成為曲線是因?yàn)開甲、乙兩根彈簧的勁度系數(shù)分別為:_N/m、_N/m.若要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選彈簧_(填“甲”或“乙”)圖3答案超過了彈簧的彈性限度66.7200甲解析超出彈性限度,彈力與伸長(zhǎng)量就不成正比了根據(jù)胡克定律知?jiǎng)哦认禂?shù)k,分別計(jì)算得:甲彈簧的勁度系數(shù)為66.7 N/m,乙為200 N/m.要制作一個(gè)精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì),則應(yīng)選勁度系數(shù)小的彈簧,即彈簧甲4.如圖4所示是“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置,小東認(rèn)真操作、正確讀數(shù)后得到的數(shù)據(jù)記錄如下表由表可知(重力加速度g9.8 m/s2)()圖4 次數(shù)物理量1234F/N00.981.962.94L/cm12.014.016.018.0x/cm02.04.06.0A每個(gè)鉤碼的質(zhì)量為0.98 kgB實(shí)驗(yàn)所用刻度尺的最小分度是1 mmC每掛一個(gè)鉤碼,彈簧伸長(zhǎng)12.0 cmD實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量未超過彈性限度答案D解析每個(gè)鉤碼的質(zhì)量m kg0.1 kg,A錯(cuò)由于彈簧的長(zhǎng)度記錄到整數(shù)厘米的下一位,故所用刻度尺為厘米刻度尺,最小分度為1 cm,B錯(cuò)由題表可以看出,每掛一個(gè)鉤碼,彈簧都要伸長(zhǎng)2 cm,C錯(cuò)由所給實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,彈簧彈力與其伸長(zhǎng)量成正比,符合胡克定律,故彈簧伸長(zhǎng)量未超過它的彈性限度,D對(duì)5某同學(xué)在豎直懸掛的彈簧下加掛鉤碼,探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系彈簧的彈力用F表示,彈簧掛上鉤碼后的總長(zhǎng)度用L表示,表中是該同學(xué)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)中彈簧始終未超過彈性限度(g10 N/kg)鉤碼總質(zhì)量m/g0306090120150彈簧總長(zhǎng)度L/cm6.07.28.49.610.812.4(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在如圖5所示坐標(biāo)系中作出彈簧的彈力F與彈簧的伸長(zhǎng)量x的關(guān)系圖像;圖5(2)根據(jù)圖像得到的結(jié)論是:_.(3)根據(jù)圖像得到彈簧的勁度系數(shù)是_ N/m.(4)某同學(xué)用圖像法處理數(shù)據(jù)時(shí),誤把彈簧的總長(zhǎng)度作為橫坐標(biāo),然后描點(diǎn)作圖,其他步驟都正確,則作出的圖像可能是下圖中的()答案(1)如圖所示(2)在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力F與彈簧的形變量x成正比(3)25(4)C6一位同學(xué)在做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)(1)下列的實(shí)驗(yàn)步驟是這位同學(xué)準(zhǔn)備完成的,請(qǐng)你幫這位同學(xué)按操作的先后順序,將這些步驟用字母排列出來是_A以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組數(shù)據(jù)(x,F(xiàn))對(duì)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(shí),其下端在刻度尺上的刻度l0C將鐵架臺(tái)固定于桌子上,并將彈簧的一端系于橫梁上,在彈簧附近豎直固定一刻度尺D依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時(shí),彈簧下端所對(duì)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(zhǎng)量為自變量,寫出彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系式F解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義(2)下表是這位同學(xué)所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)彈力(F/N)0.51.01.52.02.5彈簧原來長(zhǎng)度(L0/cm)1515151515彈簧后來長(zhǎng)度(L/cm)16.217.318.519.620.8彈簧伸長(zhǎng)量(x/cm)算出每一次彈簧的伸長(zhǎng)量,并將結(jié)果填在表中的空格中根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在圖6的坐標(biāo)系中作出Fx圖線圖6寫出曲線的函數(shù)表達(dá)式_(x用cm做單位)函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義:_.答案(1)CBDAEF(2)彈力(F/N)0.51.01.52.02.5彈簧伸長(zhǎng)量(x/cm)1.22.33.54.65.8見解析圖F0.43x表示彈簧的勁度系數(shù),即表示使彈簧伸長(zhǎng)或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 N解析(1)在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候一般步驟為先組裝器材,然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后數(shù)據(jù)處理,故順序?yàn)镃BDAEF.(2)根據(jù)描點(diǎn)法,圖象如圖所示、根據(jù)圖象,該直線為過原點(diǎn)的一條直線,即彈力與伸長(zhǎng)量成正比,即Fkx0.43x.式中的常數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù),即表示使彈簧伸長(zhǎng)或者壓縮1 cm所需的外力大小為0.43 N.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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