高考物理 弹力与弹簧的关系讲义 新人教版.docx
- 文档编号:1816138
- 上传时间:2022-10-24
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:313.07KB
高考物理 弹力与弹簧的关系讲义 新人教版.docx
《高考物理 弹力与弹簧的关系讲义 新人教版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理 弹力与弹簧的关系讲义 新人教版.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高考物理弹力与弹簧的关系讲义新人教版
2019-2020年高考物理弹力与弹簧的关系讲义新人教版
实验目的
1.探究弹力与弹簧伸长的定量关系.
2.学会利用图象研究两个物理量之间的关系的方法.
实验原理
1.如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等.
2.用刻度尺测出弹簧在不同的钩码拉力下的伸长量x,建立坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与伸长量的关系.
实验器材
轻质弹簧(一根),钩码(一盒),刻度尺,铁架台,重垂线,坐标纸,三角板.实验步骤
1.如图所示,将铁架台放于桌面上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,在挨近弹簧处将刻度尺(最小分度为mm)固定于铁架台上,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L0.
3.在弹簧下端挂上一个钩码,待钩码静止后,记下弹簧下端所对应的刻度L1.
钩码个数
刻度
伸长量x
弹力F
0
1
2
3
…
6
L0=
L1=
L2=
L3=
…
L6=
x1=L1-L0
x2=L2-L0
x3=L3-L0
…
x6=L6-L0
F1=
F2=
F3=
…
F6=
4.用上面方法,记下弹簧下端挂2个、3个、4个……钩码时,弹簧下端所对应的刻度L2、L3、L4……,并将所得数据记录在表格中.
5.用xn=Ln-L0计算出弹簧挂1个、2个、3个……钩码时弹簧的伸长量,并根据当地重力加速度值g,计算出所挂钩码的总重力,这个总重力就等于弹簧弹力的大小,将所得数据填入表格.
6.根据所测数据在坐标纸上描点,最好以弹簧弹力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标.
7.按照图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好都在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同.
8.以弹簧的伸长为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.
9.解释函数表达式中常数的物理意义.
数据处理
根据所测数据在坐标纸上描点,以弹力为纵坐标,以弹簧伸长为横坐标.按照图中各点的分布与走向,尝试作一条平滑的曲线(包括直线),如果所画的点不在同一条曲线上,那么应该使曲线两边的点数大致相同.根据图象形状,利用数学知识,写出以弹簧伸长为自变量,弹力为函数的函数关系式.理解函数表达式中常数的物理意义.
本实验最终得到弹力与弹簧伸长量之间的关系,在误差范围内有F=kx,其中F为弹力,x是弹簧伸长量,k是一个由弹簧决定的物理量.
注意事项
1.实验过程中,注意拉力不要超过弹簧弹性限度.测量弹簧长度时,不要用手拉弹簧,在弹簧自然竖直状态去测量.
2.强调实验的探索性,即实验前并不知道弹力和弹簧的伸长有什么关系,如果是验证性实验,在坐标纸上描点以后所作直线的根据就是所验证的规律,但这是个探索性实验,实验前并不知道这个规律,所以描点以后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拟合这些点.
3.做出直线之后,要用初中学过的正比例函数(一次函数)的知识写出直线所代表函数解析式,即写出F=kx.然后选定一组F和x,从而确定k的值.但这个实验的重点在于它的探索性,比例系数的精确度不是重点.
4.要认识系数k的物理意义,即在伸长量一定时k越大弹力也越大,它反映了弹簧的“劲度”.
5.使用弹簧的伸长数据时应采用(l-l0),即弹簧长度变化量.如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长,得到的不是正比例函数.
误差分析
1.本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.
2.弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力的影响.
3.为了减小误差,要尽量多测几组数据.
实验目的
验证力的合成的平行四边形定则.
实验原理
当两个力共同作用使橡皮条伸长到结点O,一个力作用也使橡皮条伸长到结点O时,这一个力就是前两个力的合力.
实验器材
方木板一块,弹簧秤两个,白纸,橡皮条一段,细绳套两个,图钉(若干),三角板,刻度尺,铅笔.
实验步骤
1.用图钉把一张白纸钉在水平桌面上的方木板上.
2.用图钉把橡皮条一端固定在板上的A点,用两条细绳套系在橡皮条的另一端.
3.用两个弹簧秤分别钩住两个细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O(如图所示).
4.用铅笔描下结点O的位置和两条细绳套的方向,并记录弹簧秤的读数.在白纸上按比例作出两个弹簧的拉力F1和F2的图示.利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F.
5.只用一个弹簧秤,通过细绳套把橡皮条的结点拉到与前面相同的位置O,记下弹簧秤的读数和细绳的方向,按同样的比例用刻度尺从O点起做出这个弹簧秤的拉力F′的图示.
6.比较F′与用平行四边形定则求得的合力F,在实验误差允许的范围内是否相等.
7.改变两个分力F1和F2的大小和夹角,再重复实验两次,比较每次的F与F′是否在实验误差允许的范围内相等.
数据处理
用两个弹簧秤分别勾住绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置O后,需用铅笔记录下O点的位置,记录下两条细绳的方向及对应的两个弹簧秤的示数,用两个弹簧秤分别向两个方向拉橡皮条时,必须保证弹簧秤与木板平面平行.用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿着两条细绳的方向画直线,并按一定的标度作出两个力F1和F2的图示,此时一定要对应好F1、F2的方向与大小;然后用平行四边形定则作出合力F;然后只用一个弹簧秤,用同样的方法作出与F1和F2共同作用效果相同的力F′,最后,一定要实现本实验的实验目的,就是比较F′和F的大小及方向的关系,从而验证力的平行四边形定则.
注意事项
1.弹簧秤是根据弹簧形变和外力成正比的原理制成的测量力的仪器.使用前要检查零点,观察测量范围、单位和最小分度值,并弄清测量时应读到的位数,通常估读到最小分度值的下一位.测量时要防止摩擦,注意不要超过测量范围.
2.如果使用两个弹簧秤进行实验,在实验中除了应首先检查零点外,还需把两个弹簧秤的钩子互相钩住,平放在桌上反向拉动,看它们的示数是否总是相同.如果相同,则实验时就可以同时使用这两个弹簧秤读数;如果不相同,则应只用其中一个弹簧秤进行读数(每个分力或合力都用这个弹簧秤读数).
3.本实验操作时应使橡皮条、细绳、弹簧秤都与木板平行,以保证它们都在同一个平面上.
4.要使F′与F1和F2的共同作用等效,实验时必须保证橡皮条与细绳的结点前后两次停留在同一位置.
5.这个实验由于仪器和作图等各种原因会产生一定的误差,即用作图法得出的合力F与F′不完全一致.如果相对误差在5%以下,则可认为实验是成功的.这里的相对误差是指F′与F的差值与F′的比.
6.作图时,应先定出力的单位长度,并将此单位长度标注在图上.
7.为使橡皮条有明显的伸长,两测力计应有较大的示数,同时合力不至于过小或过大,两测力计所拉线之间的夹角一般在60°~120°之间较为合适.
8.画力的图示时,应选定恰当的标度,尽量使图画得大一些,但也不要太大而画出纸外,要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力.
误差分析
本实验的误差的主要来源除了弹簧秤本身的误差外,还来源于读数误差和作图误差,因此,本实验首先要对弹簧秤的准确与否进行检查,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确地读数和记录,两力的对边一定要平行.两个分力之间的夹角越大,用平行四边形定则作图得出的合力的误差也越大,所以实验中不能把该夹角取得太大.
本实验允许的误差范围是:
力的大小ΔF≤5%,F′与F间的夹角θ≤7°.
命题规律 根据实验结果总结出弹力和弹簧伸长的关系,F=kx.实验中注意事项的考查.
[考例1] (xx·北京)某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0;弹簧下端挂一个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;挂七个50g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L7
(1)下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是____________和____________.
测量记录表:
代表符号
L0
L1
L2
L5
L6
L7
刻度数值/cm
1.70
3.40
5.10
8.60
10.3
12.1
(2)实验中,L3和L7两个值还没有测定,请你根据上图将这两个测量值填入记录表中.
(3)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出三个差值:
d1=L4-L0=6.90cm,d2=L5-L1=6.90cm,d3=L6-L2=7.00cm.请你给出第四个差值:
d4=________=________cm.
(4)根据以上差值,可以求出每增加50g砝码的弹簧平均伸长量ΔL,ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为:
ΔL=________________.
代入数据解得ΔL=________cm.
(5)计算弹簧的劲度系数k=________N/m.(g取9.8m/s2)
[解析]
(1)读数时应估读一位,所以表格中L5、L6两个数值在记录时有误.
(2)根据图示进行测量结果读数时,要确保有效位数正确,估读在误差允许的范围内.
(3)第四个差值d4=L7-L3=7.20cm.
[答案]
(1)L5 L6
(2)6.85(6.84~6.86) 14.05(14.04~14.06)
(3)L7-L3 7.20(7.18~7.22)
(5)28
下表是某同学在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中所测的几组数据.
弹力F/N
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
伸长量x/cm
2.30
5.08
6.89
9.80
12.40
(1)请你在图中的坐标纸上作出F-x的图线.
(2)写出曲线所代表的函数式.
(3)解释函数表达式中的常量的物理意义.
(4)若弹簧的原长为40cm,并且以弹簧的总长为自变量,请你写出它的函数式.
[解析]
(1)根据表中数据描点,按照图中各点的分布与走向,应作出一条直线,使直线两侧的点数大致相同,这样可以减少偶然误差,如图所示.
(2)设直线斜率为k,由数学知识知,F=kx+C.在直线上取较远的两点(可以减少误差),如图(9.80,2.0)与(2.30,0.5),并代入上式得k=0.2N/cm,C=0.04N,所以函数表达式为:
F=(0.2x+0.04)N
(3)由F=kx+C知,当x=0时,F=C.因此,式中常数C表示弹簧的重力为0.04N
若忽略弹簧的重力,则F=kx,因此,式中常数k=F/x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力,即劲度系数.
(4)设弹簧的总长为Lx,则
F=kx+C=k(Lx-40)+C=(0.2Lx-7.96)N
[答案]
(1)见解析图
(2)(0.2x+0.04)N (3)弹簧的重力为0.04N (4)(0.2Lx-7.96)N
命题规律 该考点常以选择题或填空题在实验题中出现,常以考查实验的基本原理和实验步骤为主.
[考例2] (xx·山东)某同学在家中尝试验证平行四边形定则,他找到三条相同的橡皮筋(遵循胡克定律)和若干小重物,以及刻度尺、三角板、铅笔、细绳、白纸、钉子,设计了如下实验:
将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A、B上,另一端与第三条橡皮
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考物理 弹力与弹簧的关系讲义 新人教版 高考 物理 弹力 弹簧 关系 讲义 新人