实验微课(二)探究弹力和弹簧伸长的关系

实验微课(二)探究弹力和弹簧伸长的关系考点考级实验原理与实验操作(Ⅰ)命题点2：考察实验操作实验数据办理与误差剖析(Ⅰ)实验拓展与创新(Ⅱ)命题点2：实验创新命题点命题点1：考察实验原理————命题点：实验数据办理与误差剖析命题点1：实验拓展2014·课标卷Ⅱ，23考察频次————一、实验目的1．探究弹力和弹簧伸长的关系．2．培养学生实验探究的能力．二、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．三、实验器材铁架台、弹簧、钩码若干、毫米刻度尺、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸．四、实验步骤1．安装实验仪器．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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 作出 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，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散布与走向，尝试作出一条平滑的图线，所画的点不一定正好在这条图线上，但要注意使图线两侧的点数大概相同．五、数据办理1．解析法：以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数解析式，首先尝试一次函数，如果不行再考虑二次函数．2．列表法：将测得的F、x填入 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 好的表格中，能够发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的．3．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．六、注意事项1．对钩码的要求(1)所挂钩码不要过重，免得弹簧被过分拉伸，高出它的弹性限度．每次所挂钩码的质量差尽量大一些，进而使坐标上描的点尽可能稀，这样作出的图线更精准．2．测量与记录数据(1)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量．(2)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．作图象：描点画线时，所描的点不一定都落在一条线上，但应注意一定要使尽可能多的点落在线上，其余各点平均散布在线的两侧．七、误差剖析1．弹簧长度的测量和作图象时造成偶然误差．2．钩码标值不正确造成系统误差．考点一实验原理与实验操作命题点1考察实验原理1．(2018·徽省名校联考安)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度为h＝0.25m、且开口向右的小筒中(没有外力作用时弹簧的左部分位于筒内)，如图甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒口右端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学经过改变挂钩码的个数来改变l，作出F-l变化的图线如图乙所示．(1)由此图线可得出的结论是________；(2)弹簧的劲度系数为________N/m，弹簧的原长l0＝________m；(3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点在于________；缺点在于________.【解析】设弹簧原长为l0，由题图可知，弹簧伸长量可表示为l＝l＋h－l0，由胡克定律可得F＝kl＝k(l＋h－l0)，F-l图线斜率表示弹簧的劲度系数，k＝100N/m；F-l图线在纵轴截距表示l＝0时F＝10N，代入F＝k(l＋h－l0)，解得弹簧的原长l0＝0.15m.【答案】(1)在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比(2)1000.15(3)防止弹簧自己所受重力对实验的影响弹簧与筒及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差命题点2考察实验操作2．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)为达成实验，还需要的实验器材有：________.(2)实验中需要测量的物理量有：________.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)为达成该实验，设计的实验步骤如下：A．以弹簧伸长量x为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连结起来；B．记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0；C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧邻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，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次序排列出来：________________________________________________________________________.【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形变量；(2)根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量(或与弹簧对应的长度)；(3)取图象中(0.5,0)和(3.5,6)两个点，代入F＝kx可得k＝200N/m，由于弹簧自重的原因，使得弹簧不加外力时就有形变量；(4)根据达成实验的合理性可知先后次序为CBDAEFG.【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考点二实验数据办理与误差剖析实验数据办理与误差剖析(2015福·建卷，19(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7.73cm；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；本实验经过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，对于此操作，下列选项中 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 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．任意增减钩码，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)图丙是该同学描述的弹簧的伸长量l与弹力F的关系图线，图线的AB段显然偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是____________________________.【解析】(1)由乙图知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长(14.66－7.73)cm＝6.93cm；若任意增减砝码，会作图不方便，有可能会高出弹簧形变范围，所以应逐一增挂钩码，选项A正确；(3)由图知AB段伸长量与弹力不可线性关系，是因为钩码重力超过弹簧弹性范围．【答案】(1)6.93(2)A(3)钩码重力超过弹簧弹性范围办理实验数据的方法1．列表剖析法：剖析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量x的关系，能够先考虑F和x的乘积，再考虑F和x的比值，也能够考虑F和(x)2的关系或F和x的关系等，结论：Fx为常数．2．图象剖析法：作出F-x图象，如下图．此图象是过坐标原点的一条直线，即F和x成正比关系．作图的规则：要在坐标轴上注明轴名、单位，适合地选用纵轴、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，则横坐标起点能够不从零开始选择．作图线时，尽可能使直线经过较多坐标描点，不在直线上的点也要尽可能对称散布在直线的两侧(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，注意剖析图象的斜率、截距的意义考点三实验拓展与创新.探究高考命题视角以本实验为背景，经过改变实验条件、实验仪器设置题目，不脱离教材而又不拘泥教材，体现开放性、探究性等特点．视角1可能对实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行改良将弹簧水平放置或穿过一根水平圆滑的横杆，在水平方向做实验．视角2对实验器材的改良利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，对弹簧施加变化的作使劲(拉力或推力)时，电脑上获得弹簧弹力和弹簧形变量的关系图象(如下图)．剖析图象得出结论．视角3图象法办理数据命题点1实验拓展4．橡皮筋也像弹簧同样，在弹性限度内，伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度l、横截面积S相关．理论和实践都表示k＝YS，其中Y是一l个由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量．(1)在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应当是()A．NB．mC.N/mD．Pa有一段横截面为圆形的橡皮筋，应用如下图的实验装置，能够测量出它的杨氏模量Y的值．首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度l＝20.00cm，利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D＝4.000mm，那么测量工具a和b应分别为________、________.(3)用如图(a)所示的装置就能够测量出这种橡皮筋的Y值，下表为橡皮筋受到的拉力与伸长量x的实验记录，请在图(b)中作出F-x图象.拉力F/N5.010.015.020.025.0伸长量x/cm1.603.204.806.408.00(4)由以上实验可求出该橡皮筋的Y值为________.(保存一位有效数字)F【解析】在国际单位制中k、S、l的单位分别是N/m、m2、m，代入k＝YSl进行单位计算得Y的单位为N/m2，即Pa.由于橡皮筋的长度的测量结果正确到1mm，所以其测量工具为毫米刻度尺，而直径的测量结果正确到0.01mm，所以其测量工具为螺旋测微器．根据表格中的数据，作出F-x图象如下图，由图象求出k值，将相关数据代入公式k＝YSl，求出Y值，Y＝klS，代入数值解得Y＝5×106Pa.【答案】(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)看法析图(4)5×106Pa命题点2实验创新5．(2014课·标卷Ⅱ，23)图(a)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(a)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；经过旁边竖直放置的刻度尺，能够读出指针的地点，P0指向0刻度．设弹簧下端未挂重物时，各指针的地点记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时，各指针的地点记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数，取重力加快度为9.802m/s)．已知实验所用弹簧总圈数为60，整个弹簧的自由长度为11.88cm.P1P2P3P4P5P6x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41n102030405060k(N/m)163①56.043.633.828.81k(m/N)0.0061②0.01790.02290.02960.0347(1)将表中数据补充完整：①________，②________.1为纵坐标，在图(b)给出的坐标纸上画出1n图象．(2)以n为横坐标，kk图(b)(3)图(b)中画出的直线可近似认为经过原点．若从实验中所用的弹簧截取圈数为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.【解析】(1)①由胡克定律F＝kx可得：k＝F＝mg＝0.100×9.80－2N/m≈81.7x05.26－4.06×10x－xN/m.11k＝81.7m/N≈0.0122m/N.(2)经过描点作图可获得一条直线(见答案图)．(3)由图线可知直线的斜率为5.71×10－4m/N，故函数关系知足1＝5.71×10－4×n，即kk3＝1.75×10(N/m)．n由于60匝弹簧的总长度为11.88cm；则n匝弹簧的原长知足n＝60－2，代入kl011.88×101.75×103＝n可得：k＝3.47N/m.l0【答案】(1)①81.7②0.0122(2)如下图1.75×1031.67×1031.83×103(3)n(在～之间均可)nn3.473.313.62l0(在l0～l0之间均可)实验原理和数据办理的创新1．实验原理的创新(如图甲、乙、丙所示)2．数据办理的创新(1)弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响→弹簧水平使用，重物的重力作为弹簧的拉力，除去了弹簧自重的影响．(2)图象的获得：由坐标纸作图得F-x图象→由传感器和计算机输入数据直接得F-x图象．6．某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度L的关系如下图，则由图线可知：(1)弹簧的劲度系数为________.(2)为了用弹簧测定两木块A、B间的动摩擦因数μ，两同学分别设计了如下图的甲、乙两种方案．①为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力的大小，你认为方案________更合理．②甲方案中，若A和B的重力分别为10.0N和20.0N．当A被拉动时，弹簧测力计a的示数为6.0N，b的示数为11.0N，则A、B间的动摩擦因数为________.【解析】(1)由题图1可知，当弹力为F0＝60N，弹簧的伸长量x0＝L－L0＝20cm＝F0600.2m，由胡克定律得弹簧的劲度系数k＝x0＝0.2N/m＝300N/m.(2)①甲、乙两种方案，在拉着A运动的过程中，拉A的弹簧测力计由于在不断地运动，示数可能会变化，读数不准，甲方案中的a是不动的，指针稳定，便于读数，甲方案更合理．②a的拉力与A对B的滑动摩擦力f平衡，由于a示数为6.0N，即f＝F＝6.0N，A、B间的动摩擦因数μ＝fGB＝6.0N＝0.3.20.0N【答案】(1)300N/m(2)①甲②0.3