【物理】2018届一轮复习人教版探究弹力与弹簧伸长之间的关系学案

【物理】2018届一轮复习人教版探究弹力与弹簧伸长之间的关系学案

专题08 探究弹力与弹簧伸长之间的关系 ‎1.学会用列表法、图象法等处理实验数据.‎ ‎2.探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．‎ 基本实验要求 ‎1．实验原理 弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大．‎ ‎2．实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸．‎ ‎3．实验步骤 ‎(1)安装实验仪器(见实验原理图)‎ ‎(2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据．‎ ‎(3)根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标．‎ ‎(4)按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同．‎ ‎(5)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，如果不行再考虑二次函数．‎ 规律方法总结 ‎1．实验数据处理方法 ‎(1)列表法 将测得的F、x填入设计好的表格之中，可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差范围内是相等的．‎ ‎(2)图象法 以弹簧伸长量x为横坐标，弹力F为纵坐标，描出F、x各组数据相应的点，作出的拟合曲线，是一条过坐标原点的直线．‎ ‎(3)函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足F＝kx的关系．‎ ‎2．注意事项 ‎(1)不要超过弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过分拉伸，超过弹簧的弹性限度．‎ ‎(2)尽量多测几组数据：要使用轻质弹簧，且要尽量多测几组数据．‎ ‎(3)观察所描点的走向：本实验是探究性实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点．‎ ‎(4)统一单位：记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．‎ ‎3．误差分析 ‎(1)钩码标值不准确，弹簧长度测量不准确带来误差．‎ ‎(2)画图时描点及连线不准确也会带来误差.‎ ‎4．用图象法处理实验数据 图象法是一种重要的实验数据处理方法．图象具有既能描述物理规律，又能直观地反映物理过程、表示物理量之间定性定量关系及变化趋势的优点．当前高考试题对数据处理、结果分析考查的频率较高.‎ 作图的规则：‎ ‎(1)要在坐标轴上标明轴名、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图象几乎占满整个坐标图纸．若弹簧原长较长，则横坐标起点可以不从零开始选择．‎ ‎(2)作图线时，尽可能使直线通过较多所描的点，不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是因偶然误差太大所致，应舍去)．‎ ‎(3)要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图象的斜率、截距的意义．要理解斜率和截距的意义可以解决什么问题．‎ ‎★典型案例★如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。‎ ‎(1)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x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为____________ N/m。图线不过原点的原因是由于_________________________。‎ ‎(4)为完成该实验，设计的实验步骤如下：‎ A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来；‎ B．记下弹簧不挂钩码时其下端的刻度尺上的刻度l0；‎ C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一把刻度尺；‎ D．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；‎ F．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：________。‎ ‎【答案】(1)刻度尺； (2)弹簧原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与对应的长度)　(3) 200；弹簧自重 (4)CBDAEFG ‎★针对练习1★某同学利用如图（甲）所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.‎ ‎（1）在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持　　　　状态. ‎ ‎（2）他通过实验得到如图（乙）所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线.由此图线可得该弹簧的原长x0=　　　cm,劲度系数k=　　　　N/m. ‎ ‎ ‎ ‎【答案】(1)竖直； (2)4 ; 50 ‎ 根据胡克定律F=k△x，有： ‎ ‎【名师点睛】本题关键是明确实验原理，然后根据胡克定律F=k△x并结合图象列式求解，不难。‎ ‎★针对练习2★“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验装置如图所示，所用的每个钩码的重力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 ‎，在将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（弹簧的弹力始终在弹性限度以内）‎ ‎（1）有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图中，请作出F-L图线。‎ ‎（2）由此图线可得出该弹簧的原长 ‎（3）该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧竖直悬挂放置比较，‎ 优点在于：____________________________，‎ 缺点在于：____________________________。‎ ‎【答案】（1）如图所示（2）（3）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实验的误差 ‎【名师点睛】实验中需要测量多组弹力的大小和弹簧的长度，根据要求设计出表格．作出F-L的关系图线．当弹簧弹力为零时，弹簧处于原长，结合图线得出弹簧的原长，根据图线的斜率求出劲度系数的大小．误差分析．‎