(新课标)高考物理总复习第11课时探究弹力和弹簧伸长的关系(实验增分课)课件

1、第3A课时探究弹力和弹簧伸长的关系（实验增分课）N0.1实验基础全知晓NO.2常规考法掌握牢N0.3创新考法迁移好N0.1实验基础全知晓%实验目的1. 探究弹力和弹簧伸长量的关系。2. 会利用图像法处理实验数据，探究物理规律。二、实验原理1.如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时,弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到的重力大小相等。y/A亥IJ/度 尺钩码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 的伸长量兀，在坐标系中描出实验所测得的各组（兀，F）对应的 点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，可探知弹 力大小与弹簧伸长量

2、间的关系o三、实验器材铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码（若干）、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。谨记部分器材用途钩码改变弹力的大小重垂线确定刻度尺是否处于竖直状态U!实验步骤1. 根据实验原理图，将铁架台放在桌面上（固定好），将 弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧处将毫米刻度尺固定于铁架台上，零刻度与弹簧上端对齐，并用重垂线检查 刻度尺是否竖直。2-记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度即弹簧的原长。3. 在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止时测出弹簧的长度h求出弹簧伸长量x和所受的外力F（等于所挂钩码受到的重 力）。4. 改变所挂钩码的数量，重复上述实验，要尽量多测几组数据，将所测数据填写在表格

3、中。记录表：弹簧原长A)=cm。次数123456拉力F/N弹簧总长/cm弹簧伸长/cm五、数据处理以弹力F（大小等于所挂钩码受到的重力）为纵坐标，以弹簧的伸长量兀为横坐标，用描点法作图，连接各点得出弹力F随弹簧伸长量兀变化的图线。2. 以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。六、误差分析1.系统误差钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差o2.偶然误差 (1)弹簧长度的测量不准确造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。(2)作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差,画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量落在一条直线上。七、注意事项

4、1.所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度，要注意观察。2.每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使所描点的间距尽可能大，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线上，但应使不在线上的点均匀分布在线的两侧。5. 记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长、总长I及弹簧伸长量的对应关系及单位。6. 坐标轴的标度要适中。N0.2常规考法掌握牢考法一实验原理与操作1.在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，下列说法正确的是OA.弹簧被拉伸时，所挂钩码越多，误差越小B.用悬挂钩码的方法给弹

5、簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C.用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得 出拉力与伸长量之比相等(2) 某同学做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，他先把 弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长 再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-Lo作为弹簧的伸长量小 这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是选项图中的解析：弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度，否则弹簧会损坏，故A错误；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态时，才能使钩码所受的重力等于弹簧的弹力，

6、故B正确；弹簧的原长不为零，实验中测 得的弹簧的长度不等于弹簧的伸长量，故C错误；拉力与伸 长量之比是劲度系数，由弹簧自身决定，同一弹簧的劲度系数是相同的，不同的弹簧的劲度系数是不同的，故D错误。由于考虑弹簧自身重力的影响,当弹簧竖直悬挂起来且不挂钩码时，即F=0时，弹簧的伸长量x0,所以C对。答案：(1)B (2)C2. (2019茂名信宜中学检测)如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个 质量均为加的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。为完成实验,还需要的实验器材有：(2)实验中需要测量的物理量有:(3) 图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量兀的F-x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为N/mo

7、图线不过原点是由于(4) 为完成该实验，设计实验步骤如下：A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组3, F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；B.C.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度Zo;将铁架台固定在桌子上，并将弹簧的一端系在横梁上，在 弹簧附近竖直固定一把刻度尺；依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、钩码，并 分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表 格内，然后取下钩码；E.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与伸长量的关系式，首 先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数； 解释函数表达式中常数的物理意义；G.整理仪器。请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:O

8、解析：(1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和挂上钩码后的长度。(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、 弹簧所受外力与弹簧对应的长度。取题图乙中(05 cm,O)和(35 cm,6 N)两个点，代入F=kx解 得A:=200N/m,由于弹簧自身的重力，使得实验中弹簧不加外力时就有形变量(4)根据实验操作的合理性可知，实验步骤的先后顺序为C、B、D* A、E、F、Go答案：(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧所受外力与弹簧对应的 长度(3)200弹簧自身的重力 CBDAEFG甲乙丙Scm。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

9、端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此 时弹簧的伸长量心为(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M与弹力F的关系图线, 线的段明显偏离直线04,造成这种现象的主要原因是 解析：由题图乙知，弹簧伸长后的总长度为14.66 cm,则伸长量 AZ= 14.66 cm7.73 cm=6.93 cmo(2) 逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增

10、 加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧，A对。(3) AB段明显偏离04,即伸长量AZ不再与弹力F成正比，是 弹簧受到的拉力超过了弹簧的弹性限度造成的。答案：(1)6.93 (2)A (3)弹簧受到的拉力超过了其弹性限度考法二数据处理和误差分析4. （2019黄山模拟）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在（选填“水平”或“竖直”）方向。弹簧自然悬挂，待弹簧时，长度记为厶0；弹簧下端S挂上祛码盘时，长度记为乙；在祛码盘中每次增加10 g祛码,弹簧长度依次记为厶1至厶6。数据如表:符号LoLxl2L.厶4l5厶6数值/cm2

11、5.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，符号为o由表可知所用刻度尺的最小分度为o如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是祛码的质量,横轴是弹簧长度与(选填“片或”)的差值O(4)由图可知弹簧的劲度系数为N/m；通过图和表可知祛码盘的质量为go (结果均保留两位有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)解析：为保证弹簧的形变只由祛码和祛码盘的重力引起,所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。(2) 弹簧静止时，才能读取其长度；表中的数据厶与其他数据有 效数字位数不同，所以数据厶记录不规范，规范数据应读至厘米位的后两位，精确至mm,所以刻度尺的

12、最小分度为1 mmo由题图知所挂祛码质量为0时，兀为0,所以x=L-Lx.N/m = 4.9 N/m ；同理祛码盘质量加=(4)由胡克定律F=kx可知，mg=k(LLx)f即mg=kxf所以 图线斜率为壮=；，则弹簧的劲度系数k = (60-10)X103X9.(12-2) X IO-2k(Lx-Lo) 4.9 X (27.35 - 2535) X IO-2kg=0.01 kg=10 go答案：竖直静止L3 lmm (3)LX (4)4.9 105. (2019庆南岸咏模拟)某同学在探究弹力和弹簧伸长量的关 系”时，将轻质弹簧竖直悬挂，弹簧下端挂一个小盘，在小盘中 增添祛码，改变弹簧的弹力，通

13、过旁边竖直放置的刻度尺可以读 出弹簧末端指针的位置小实验得到了弹簧指针位置工与小盘中 耘码质量加的图像如图乙所示，g取10 m/s2o回答下列问题：(1) 某次测量如图甲所示，指针指示的读数为cm(刻度尺单位为cm)o(2)从图乙可求得该弹簧的劲度系数为N/m(结果保留两乙(3) 另一同学在做该实验时有下列做法，其中正确的是实验中未考虑小盘受到的重力B.刻度尺零刻度未与弹簧上端对齐C.读取指针指示的读数时，选择弹簧指针上下运动最快的位置读取 在利用兀讪图线计算弹簧的劲度系数时舍弃图中曲线部分 数据解析：(1)刻度尺的最小分度为o.l cm,故读数为18.00 cm。(2) 由题图乙可知，图像的

14、斜率的倒数为弹簧的劲度系数，故氐0.008 X100.41-0.14N/m030 N/m。(3) 本实验中釆用图像法处理数据，故小盘受到的重力可以不 考虑，故选项A正确；读数时刻度尺的零刻度应与弹簧上端 对齐，才能准确测量，故选项B错误；在读指针的读数时， 应让弹簧指针静止之后再读取，故选项C错误；当拉力超过 弹性限度时，兀-税图线将变成曲线，不再符合胡克定律，故 应舍去曲线部分数据，故选项D正确。答案：(1)1&00 (2)0.30 (3)AD规律方法实验数据处理的三种方法根据测量数据,在建好直角坐标系的坐标纸上描点, 图像法以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量兀为横轴,根据描点的情况，作出一

15、条经过原点的直线将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实列表法验误差允许的范圉内,弹力与弹簧伸长量的比值是一常数函数法根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系N0.3创新考法迁移好甲乙例1（2019宝鸡质检）某物理学习小组用如图甲所示装置来研究橡皮筋的劲度系数（遵循胡克定律且实验中弹力始终未超 过弹性限度）。将一张白纸固定在竖直放置的木板上，原长为0 的橡皮筋的上端固定在O点，下端挂一重物，用与白纸平行的 水平力（由拉力传感器显示其大小）作用于N点，静止时记录下N点的位置-请回答:第一次位覆、b 第二次位置、(1) 若拉力传感器显示的拉力大小为F,用刻度尺测量橡皮筋ON的长为L及N点

16、与O点的水平距离为兀，则橡皮筋的劲度系数为(用所测物理量表示)。(2) 若换用另一根原长相同的橡皮筋，重复上述过程，记录静止时N点的位置发现O、方三点刚好在同一直线上,其位置如图乙所示，则下列说法中正确的是A. 第二次拉力传感器显示的拉力示数较大B. 两次拉力传感器显示的拉力示数相同C. 第二次所用的橡皮筋的劲度系数小D. 第二次所用的橡皮筋的劲度系数大三步化“新”为“熟”1. 分析实验目的：研究橡皮筋的劲度系数。2. 确定实验原理：根据共点力的平衡条件求岀橡皮筋的弹力, 并测出其伸长量，利用胡克定律求出劲度系数。3. 制定数据处理方案：结合受力分析图，求出拉力和弹力的 表达式，通过比较不同橡

17、皮筋的表达式得出实验结论。解析(1)设橡皮筋与竖直方向夹角为B,重物重力为G,结点N在竖直拉力(等于重物重力G)、橡皮筋拉力T和水平拉力F作用下处于平衡状态，满足图示关系，则sin 0=，又sin=；,T=k(LLo)9 联立得 k=_乙)。(2)由(1)中图F=Gtan两次实验中G、0均相同，所以两次拉力传感器显示的拉力示数相同，A错，B对；同理, 两次实验中橡皮筋的拉力也相同，而橡皮筋的原长相同，第二 次实验橡皮筋的伸长量大，由胡克定律知第二次所用的橡皮筋 的劲度系数小，C对，D错。例2（2019武汉棋拟）某同学利用弹簧测力计、小车、祛码、钩码、木块和带有定滑轮的长木板等器材，探究滑动摩擦

18、力几与正压力Fn之间的关系，实验装置如图所示。该同学主要的实验步骤如下:a.将一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，在细绳一端悬挂适量的钩码，使其能够带动小车向右运动b.多次改变木块上祛码的个数，并记录多组数据C.进行数据处理，得出实验结论请回答下列问题:(1) 实验中应测量木块和木块上祛码所受的总重力，并记录O(2) 利用图像法处理实验数据，以滑动摩擦力幵为横轴， 正压力Fn为纵轴，建立直角坐标系。若通过描点，得到一条 倾斜的直线，该直线的斜率所表示的物理意义(可用文字描述) 为O(3) 通过实验可得出的结论是:三步化“新”为“熟”1. 分析实验目的：探究滑动摩擦力Ff与正压力Fn之间的 关系。2. 确定实验原理：弹簧测力计的示数等于滑动摩擦力，测出=J正压力，多次测量，利用图像得出摩擦力和正压力的关系。3. 制定数据处理方案：通过改变木块上舷码的个数，改变正压力，得出对应的弹簧测力计示数，画出FnE图像。解析(1)实验中应测量木块和木块上祛码所受的总重 力,大小等于小车受到的正压力Fn;并记录弹簧测力计的示 数，该示数等于小车所受的滑动摩擦力幵。由齐=“斥可知，所得FnE图线的斜率所表示的物理 意义为动摩擦因数的倒数。(3) 通过实验可得出的结论是：在误差允许的范围内，滑 动摩擦力幵与正压力Fn成正比。答案(1)弹簧测力计