实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系 课件 -2027年高考物理一轮复习（全国通用）

这是一份实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系 课件 -2027年高考物理一轮复习（全国通用），共33页。PPT课件主要包含了毫米刻度尺，CBDAEFG，超出了弹簧的弹性限度，重垂线等内容，欢迎下载使用。
实验操作•夯实必备知识
典例精析•实现素养迁移
类型一　动脑求真—— 明原理角度1　常规测量法【典例1】如图1所示,某同学用铁架台、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,图1中缺少的实验器材有:______________。 【解析】(1)根据实验原理可知,还需要毫米刻度尺来测量弹簧原长和形变量。
(2)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,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:______________。 【解析】(2)根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。
(3)在实验过程中,将弹簧悬挂,刻度尺保持竖直如图2甲所示,为了便于直接读出弹簧的长度,刻度尺的零刻度应与弹簧的____________(选填“上端”或“下端”)对齐;不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图2乙所示,则弹簧的原长L0=________cm。 
【解析】(3)为了便于直接读出弹簧的长度,刻度尺的零刻度应与弹簧的上端对齐;由题图2乙可得,刻度尺的最小分度值为1 mm,则弹簧的原长为L0=10.90 cm。
(5)换一个弹簧重新实验,同样作出F-x图像,发现图像末端出现了弯曲,其原因是: ___________________________________。 【解析】(5)图像末端出现弯曲说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量不再成正比,原因是超出了弹簧的弹性限度。
(6) 【多选】第二小组同学在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹簧弹力与弹簧长度之间关系的图像如图3丁所示,下列说法正确的是__________。 A.a的原长比b的短B.a的原长比b的长C.a的劲度系数比b的小D.a的劲度系数比b的大
【解析】(6)根据胡克定律可得F=kx=k(L-L0),可知F-L图像的横轴截距表示弹簧的原长,由题图3丁可知,a的原长比b的长,故A错误,B正确;根据F-L图像的斜率表示弹簧的劲度系数,由题图3丁可知,a图像的斜率比b的小,则a的劲度系数比b的小,故C正确,D错误。
(7)第三小组同学将第一组同学用的同一弹簧水平放置测出其自然长度L0,然后竖直悬挂测出挂上钩码后的弹簧的总长度L,根据x=L-L0算出弹簧伸长的长度x。他们得到的F-x图线如图3戊所示,则图像不过原点的原因可能是________________________________________,第三组同学利用该方案测出弹簧的劲度系数和第一组同学测出的结果相比__________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。 【解析】(7)弹簧竖直悬挂时,弹簧在自身重力作用下要伸长,弹簧自身的重力导致还没挂钩码时就伸长了,由F+mg=kx,可得F=kx-mg,两种情况下斜率相同,测量结果相同。
弹簧自身的重力导致还没挂钩码时就伸长了　
角度2　测量方法创新【典例2】某学习小组利用如图1所示装置测量弹簧的劲度系数。内壁光滑且足够长的有机玻璃圆筒竖直放置在水平桌面上,圆筒里放入5个不吸水、不沾水的硬质小球压缩轻质弹簧,小球的直径略小于筒的内径。现向筒内缓慢注水,待水刚好没过每一个小球且静止时,用刻度尺测出弹簧的长度,记录水没过小球的个数N和小球静止时对应的弹簧长度l。已知弹簧原长为10 cm,每个小球完全浸没于水中受到浮力大小均为0.2 N。测量数据和计算弹簧的形变量如表。回答下列问题:
(1)根据表格记录的数据,当水没过小球的个数N=4时,弹簧形变量Δl=________cm。 【解析】(1)由表中数据可知Δl=10 cm-5.20 cm=4.80 cm
(2)在图2所示的坐标系中描点,作出水没过小球的个数N与弹簧形变量Δl之间的关系图线。答案:(2) 【解析】(2)描点作图如图
(3)根据描绘的N-Δl图线,得出弹簧的劲度系数为k=________N/cm。 【解析】(3)以5个小球整体为研究对象,平衡时则有5mg=kΔl+0.2 N即N=25mg-5kΔl根据N-Δl图线,其斜率为2.5个/cm解得k=0.5 N/cm
类型二　动手求证—— 探真知
【典例3】(1) 【多选】在“探究弹簧伸长量与弹力关系”的实验中,下列说法中错误的是(　　)[重操作]A.测量弹簧原长时必须把弹簧平放于水平桌面B.弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上,刻度尺必须紧靠弹簧固定C.在弹簧下端挂钩码时,不能挂太多钩码,以保证弹簧处于弹性限度内D.挂上重物后应等待弹簧稳定后才能读取此时的长度
【解析】(1)由于弹簧竖直放置时会有自重的影响,因此不能水平放置测量其原长,而应竖直放置测量其因自重而拉伸后的长度作为原长,故A错误,符合题意;弹簧竖直悬挂于铁架台的横梁上,刻度尺应竖直固定在弹簧附近,不能紧靠弹簧固定,故B错误,符合题意;在弹簧下端挂钩码时,不能挂太多钩码,以保证弹簧处于弹性限度内,故C正确,不符合题意;只有弹簧处于稳定状态,读取的数据才准确,因此在弹簧挂上重物后应等待弹簧稳定后才能读取此时的长度,故D正确,不符合题意。
(2)小明同学做“探究弹力与形变量的关系”实验时,用如图1实验仪器进行实验安装(安装完成如图2),图中的安装错误是未使用____________(填仪器名称)造成的。[安直尺] 【解析】(2)图2中的安装错误是因为未使用重垂线造成的。
(3)如表是该小组记录的钩码质量与弹簧总长度的部分数据,其中明显错误的是第________组; [辨数据]
【解析】(3)钩码每增加30 g,弹簧的长度应增加1.1 cm左右,第4组弹簧长度比第3组弹簧的长度增加了2.1 cm,与其他数据差别较大,故第4组数据是错误的。
(4)小明同学根据实验数据在坐标纸上用描点法画出F-x图像如图3,根据图像他得出结论:弹簧弹力和弹簧伸长量不是正比例关系,而是一次函数关系,他的结论错误的原因是:______________________________。 [作图线] 【解析】(4)横坐标不是弹簧的伸长量。
横坐标不是弹簧的伸长量