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1、实实验验创创新新设设计计训训练练高高效效提提能能第二章第二章 相互作相互作用用高考总复习物理菜菜 单单考考点点核核心心突突破破基基础础要要点点整整合合实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望【实验目的】【实验目的】1 1探究探究弹弹力和力和弹弹簧伸簧伸长长的定量的定量关关系系2 2学会用列表法和学会用列表法和图图象法象法处处理理实验实验数据数据【实验原理实验原理】1 1如如图图实实1 1所所示示，在在弹弹簧簧下下端端悬悬
2、挂挂钩钩码码时时弹弹簧簧会会伸伸长长，平平衡衡时时弹弹簧簧产产生生的的弹弹力力与与所所挂挂钩钩码码的的重重力力大大小小相等相等基础要点整合基础要点整合2弹弹簧簧的的长长度度可可用用刻刻度度尺尺直直接接测测出出，伸伸长长量量可可以以由由拉拉长长后后的的长长度度减减去去弹弹簧簧原原来来的的长长度度进进行行计计算算这这样样就就可可以研究以研究弹弹簧的簧的弹弹力和力和弹弹簧伸簧伸长长量之量之间间的定量的定量关关系了系了【实验器材】【实验器材】铁铁架架台台、弹弹簧簧、毫毫米米刻刻度度尺尺、钩钩码码若若干干、三三角角板板、坐坐标纸标纸、重垂、重垂线线、铅铅笔笔【实验过程】【实验过程】一、实验步骤一、实验步
3、骤1 1将将弹弹簧簧的的一一端端挂挂在在铁铁架架台台上上，让让其其自自然然下下垂垂，用用刻度尺刻度尺测测出出弹弹簧自然伸簧自然伸长长状状态时态时的的长长度度l l0 0，即原，即原长长2 2如如图图实实2 2所所示示，在在弹弹簧簧下下端端挂挂质质量量为为m m1 1的的钩钩码码，量量出出此此时时弹弹簧簧的的长长度度l l1 1，记记录录m m1 1和和l l1 1，填填入入自自己己设设计计的表格中的表格中3改改变变所所挂挂钩钩码码的的质质量量，量量出出对对应应的的弹弹簧簧长长度度，记记录录m2、m3、m4、m5和和相相应应的的弹弹簧簧长长度度l2、l3、l4、l5，并并得得出出每每次次弹弹簧的
4、伸簧的伸长长量量x1、x2、x3、x4、x5.二、数据处理二、数据处理1 1以以弹弹力力F F(大大小小等等于于所所挂挂钩钩码码的的重重力力)为为纵纵坐坐标标，以以弹弹簧簧的的伸伸长长量量x x为为横横坐坐标标，用用描描点点法法作作图图连连接接各各点点，得出得出弹弹力力F F随随弹弹簧伸簧伸长长量量x x变变化的化的图线图线2 2以以弹弹簧簧的的伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出曲曲线线所所代代表表的的函函数首先数首先尝试尝试一次函数，如果不行一次函数，如果不行则则考考虑虑二次函数二次函数3 3得得出出弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长之之间间的的定定量量关关系系，解解释释函函数数表达式中常数的
5、物理意表达式中常数的物理意义义【误差分析】【误差分析】1 1弹弹簧簧拉拉力力大大小小的的不不稳稳定定会会造造成成误误差差因因此此，使使弹弹簧簧的的悬悬挂挂端端固固定定，另另一一端端通通过过悬悬挂挂钩钩码码来来充充当当对对弹弹簧簧的的拉力，待拉力，待稳稳定后再定后再读读数可以提高数可以提高实验实验的准确度的准确度2 2弹弹簧簧长长度度的的测测量量，是是本本实实验验的的主主要要误误差差来来源源所所以，以，测测量量时时尽量精确地尽量精确地测测量量弹弹簧的簧的长长度度【注意事项】【注意事项】1 1所所挂挂钩钩码码不不要要过过重重，以以免免弹弹簧簧被被过过分分拉拉伸伸，超超出出它的它的弹弹性限度，要注意
6、性限度，要注意观观察，适可而止察，适可而止2 2每每次次所所挂挂钩钩码码的的质质量量差差尽尽量量大大一一些些，从从而而使使坐坐标标上描的点尽可能稀，上描的点尽可能稀，这样这样作出的作出的图线图线更精确更精确3 3测测弹弹簧簧长长度度时时，一一定定要要在在弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂且且处处于于平平衡状衡状态时测态时测量，以免增大量，以免增大误误差差4 4描描点点画画线线时时，所所描描的的点点不不一一定定都都落落在在一一条条曲曲线线上上，但，但应应注意一定要使各点均匀分布在曲注意一定要使各点均匀分布在曲线线的两的两侧侧5 5记记录录数数据据时时要要注注意意弹弹力力及及弹弹簧簧伸伸长长量量的的对对应应
7、关关系系及及单单位位例例1(2014临临沂沂模模拟拟)如如图图实实3甲甲所所示示，用用铁铁架架台台、弹弹簧簧和和多多个个已已知知质质量量且且质质量量相相等等的的钩钩码码探探究究在在弹弹性限度内性限度内弹弹簧簧弹弹力与力与弹弹簧伸簧伸长长量的量的关关系系考点核心突破考点核心突破考点一考点一 实验原理与操作实验原理与操作(1)为为完完成成实实验验，还还需需要要的的实实验验器器材材有有_ _(2)实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有_ _(3)图图实实3乙乙是是弹弹簧簧弹弹力力F与与弹弹簧簧伸伸长长量量x的的Fx图图线线，由由此此可可求求出出弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_ N/m.图
8、图线线不不过过原原点点的的原原因因是是由由于于_ _(4)为为完成完成该实验该实验，设计设计的的实验实验步步骤骤如下：如下：A以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为横横坐坐标标，以以弹弹力力为为纵纵坐坐标标，描描出各出各组组(x，F)对应对应的点，并用平滑的曲的点，并用平滑的曲线连线连接起来；接起来；B记记下下弹弹簧簧不不挂挂钩钩码码时时其其下下端端的的刻刻度度尺尺上上的的刻刻度度l0；C将将铁铁架架台台固固定定于于桌桌子子上上，并并将将弹弹簧簧的的一一端端系系于于横梁上，在横梁上，在弹弹簧附近簧附近竖竖直固定一把刻度尺；直固定一把刻度尺；D依依次次在在弹弹簧簧下下端端挂挂上上1个个、2个个、3个个、4
9、个个钩钩码码，并并分分别别记记下下钩钩码码静静止止时时弹弹簧簧下下端端所所对对应应的的刻刻度度，并并记录记录在表格内，然后取下在表格内，然后取下钩码钩码；E以以弹弹簧簧伸伸长长量量为为自自变变量量，写写出出弹弹力力与与伸伸长长量量的的关关系系式式首首先先尝尝试试写写成成一一次次函函数数，如如果果不不行行，则则考考虑虑二二次函数；次函数；F解解释释函数表达式中常数的物理意函数表达式中常数的物理意义义；G整理整理仪仪器器请请将将以以上上步步骤骤按按操操作作的的先先后后顺顺序序排排列列出出来来：_.解解析析(1)根根据据实实验验原原理理可可知知还还需需要要刻刻度度尺尺来来测测量量弹弹簧簧原原长长和和
10、形形变变量量；(2)根根据据实实验验原原理理，实实验验中中需需要要测测量量的的物物理理量量有有弹弹簧簧的的原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长量量(或或与与弹弹簧簧对对应应的的长长度度)；(3)取取图图象象中中(0.5,0)和和(3.5,6)两两个个点点，代代入入Fkx可可得得k200 N/m，由由于于弹弹簧簧自自重重的的影影响响，使使得得弹弹簧簧不不加加外外力力时时就就有有形形变变量量(4)根根据据完完成成实实验验的的合合理性可知先后顺序为理性可知先后顺序为CBDAEFG.答答案案(1)刻刻度度尺尺(2)弹弹簧簧原原长长、弹弹簧簧所所受受外外力力与与对对应应的的伸伸长长
11、量量(或或与与对对应应的的长长度度)(3)200弹弹簧簧自自重重(4)CBDAEFG规规律律总结总结实实验验中中要要选选取取轻轻弹弹簧簧，尽尽可可能能减减小小弹弹簧簧重重力力产产生生的影响的影响根根据据胡胡克克定定律律，弹弹簧簧的的弹弹力力与与弹弹簧簧的的伸伸长长量量成成正正比，因而实验中需做比，因而实验中需做Fx图象，其中图象，其中x为弹簧的伸长量为弹簧的伸长量突破突破训练训练1(1)在在“探探究究弹弹力力与与弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系”的的实实验验中中，以下以下说说法正确的是法正确的是A弹弹簧被拉伸簧被拉伸时时，不能超出它的，不能超出它的弹弹性限度性限度B用用悬悬挂挂钩钩码码的的方方
12、法法给给弹弹簧簧施施加加拉拉力力，应应保保证证弹弹簧位于簧位于竖竖直位置且直位置且处处于平衡状于平衡状态态C用直尺用直尺测测得得弹弹簧的簧的长长度即度即为弹为弹簧的伸簧的伸长长量量D用用几几个个不不同同的的弹弹簧簧，分分别别测测出出几几组组拉拉力力与与伸伸长长量，得出拉力与伸量，得出拉力与伸长长量之比相等量之比相等(2)某某同同学学做做“探探究究弹弹力力与与弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系”的的实实验验，他他先先把把弹弹簧簧平平放放在在桌桌面面上上使使其其自自然然伸伸长长，用用直直尺尺测测出出弹弹簧簧的的原原长长L0，再再把把弹弹簧簧竖竖直直悬悬挂挂起起来来，挂挂上上钩钩码码后后测测出出弹弹簧
13、簧伸伸长长后后的的长长度度L，把把LL0作作为为弹弹簧簧的的伸伸长长量量x，这这样样操操作作，由由于于弹弹簧簧自自身身重重力力的的影影响响，最最后后画画出出的的图图线线可可能能是是图图中的中的解解析析(1)实实验验中中应应以以所所研研究究的的一一根根弹弹簧簧为为实实验验对对象象，在在弹弹性性限限度度内内通通过过增增减减钩钩码码的的数数目目来来改改变变对对弹弹簧簧的的拉拉力力，以以探探索索弹弹力力与与弹弹簧簧伸伸长长量量的的关关系系，并并且且拉拉力力和和重重力力平平衡衡，所以选所以选A、B.(2)由由于于考考虑虑弹弹簧簧自自身身重重力力的的影影响响，当当不不挂挂钩钩码码时时，弹簧的伸长量弹簧的伸
14、长量x0，所以选，所以选C.答案答案(1)AB(2)C例例2利利用用如如图图实实4甲甲所所示示装装置置做做“探探究究弹弹力力和和弹弹簧簧伸伸长长的的关关系系”实实验验所所用用的的钩钩码码每每只只的的质质量量为为30 g实实验验中中，先先测测出出不不挂挂钩钩码码时时弹弹簧簧的的自自然然长长度度，再再将将5个个钩钩码码逐逐个个加加挂挂在在弹弹簧簧下下端端，稳稳定定后后依依次次测测出出相相应应的的弹弹簧簧总总长长度度，将将数数据据填填在在表表中中(弹弹力力始始终终未未超超过过弹弹性性限限度度，取取g10 m/s2)考点二考点二 实验数据的处理实验数据的处理记录数据组123456钩码总质量(g)030
15、6090120150弹簧总长(cm)6.007.118.209.3110.4011.52(1)在在图图实实4乙乙坐坐标标系系中中作作出出弹弹簧簧弹弹力力大大小小F跟跟弹弹簧簧总长总长度度x之之间间的函数的函数关关系的系的图线图线(2)由由图图线线求求得得该该弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数k_ N/m.(保留两位有效数字保留两位有效数字)解解析析(1)弹弹力力大大小小F跟跟弹弹簧簧总总长长度度x之之间间的的函函数数关关系图如图实线所示系图如图实线所示答案答案(1)图见图见解析解析(2)27点点评评作作图图时时应应让让图图线线通通过过尽尽可可能能多多的的点点，有有误差的点应均匀地分布在直线的两侧误差
16、的点应均匀地分布在直线的两侧在在求求图图线线的的斜斜率率时时，应应选选取取图图线线上上的的点点求求解解，而而不能选取测量的数据求解不能选取测量的数据求解突破突破训练训练2某同学探究某同学探究弹弹力与力与弹弹簧伸簧伸长长量的量的关关系系(1)将将弹弹簧簧悬悬挂挂在在铁铁架架台台上上，将将刻刻度度尺尺固固定定在在弹弹簧簧一一侧侧弹弹簧簧轴轴线线和和刻刻度度尺尺都都应应在在_方方向向(填填“水水平平”或或“竖竖直直”)(2)弹弹簧簧自自然然悬悬挂挂，待待弹弹簧簧_时时，长长度度记记为为L0；弹弹簧簧下下端端挂挂上上砝砝码码盘盘时时，长长度度记记为为Lx；在在砝砝码码盘盘中中每每次增加次增加10 g砝
17、砝码码，弹弹簧簧长长度依次度依次记为记为L1至至L6.数据如下表数据如下表.表表中中有有一一个个数数值值记记录录不不规规范范，代代表表符符号号为为_由表可知所用刻度尺的最小分度由表可知所用刻度尺的最小分度为为_代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.35 27.35 29.35 31.3033.435.35 37.40 39.30(3)如如图图实实5所所示示是是该该同同学学根根据据表表中中数数据据作作的的图图，纵纵轴轴是是砝砝码码的的质质量量，横横轴轴是是弹弹簧簧长长度度与与_的的差差值值(填填“L0”或或“Lx”)(4)由由图图可可知知弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为_ N
18、/m；通通过过图图和和表表可可知知砝砝码码盘盘的的质质量量为为_ g(结结果果保保留留两两位位有效数字，重力加速度取有效数字，重力加速度取9.8 m/s2)解解析析(1)弹弹簧簧的的轴轴线线必必沿沿重重力力方方向向(竖竖直直向向下下)，只只有有当当弹弹簧簧轴轴线线与与刻刻度度尺尺平平行行时时，刻刻度度尺尺读读数数才才能能准准确确反反映弹簧的长度，故都应在竖直方向映弹簧的长度，故都应在竖直方向(2)当当弹弹簧簧静静止止时时，刻刻度度尺尺读读数数才才准准确确；从从表表中中数数值值可可知知，刻刻度度尺尺的的精精确确度度为为1 mm，故故应应估估读读到到0.1 mm，因因此此L3数值记录不规范数值记录
19、不规范(3)由由m0gk(LxL0)和和m0gnmgk(LnL0)得得nmgk(LnLx)，所所以以横横轴轴应应为为弹弹簧簧长长度度与与Lx的的差值差值答案答案(1)竖直竖直(2)静止静止L31 mm(3)Lx(4)4.910一、实验方案的创新一、实验方案的创新在在本本实实验验中中，由由于于弹弹簧簧自自身身重重力力的的影影响响，所所作作出出的的F Fx x图图线线不不过过坐坐标标原原点点，本本实实验验可可作作如如下下改改进进：将将弹弹簧簧水水平平放放置置，用用钩钩码码通通过过细细线线、定定滑滑轮轮对对弹弹簧簧施施加加水水平平作作用力用力实验创新设计实验创新设计例例3(2014郑郑州州模模拟拟)
20、在在“探探究究弹弹簧簧弹弹力力和和伸伸长长量量的的关关系系”实实验验中中，采采用用如如图图实实6甲甲所所示示的的实实验验装装置置，利利用用钩钩码码的的重重力力对对弹弹簧簧提提供供恒恒定定的的拉拉力力实实验验时时先先测测出出不不挂挂钩钩码码时时弹弹簧簧的的自自然然长长度度，再再将将5个个钩钩码码逐逐个个挂挂在在绳绳子子的下端，的下端，每每次次测测出相出相应应的的弹弹簧簧总长总长度度(1)有有一一个个同同学学通通过过以以上上实实验验，已已经经把把6组组数数据据对对应应的坐的坐标标在坐在坐标标系中描出，系中描出，请请作出作出FL图图象；象；(2)请请根根据据你你作作的的图图象象得得出出该该弹弹簧簧的
21、的原原长长L0_ cm，劲劲度系数度系数k_ N/m；(3)根根据据该该同同学学的的实实验验情情况况，请请你你帮帮助助他他设设计计一一个个记记录录实实验验内内容容及及数数据据的的表表格格(不不必必填填写写实实验验测测得得的的具具体体数数据据)；(4)该该同同学学实实验验时时，把把弹弹簧簧水水平平放放置置进进行行测测量量，与与通通常将常将弹弹簧簧悬悬挂挂进进行行测测量相比量相比较较：优优点是点是_缺点是缺点是_解解析析(1)用用平平滑滑的的曲曲线线将将各各点点连连接接起起来来，如如图图所所示示(2)由由Fk(LL0)知知，图图象象的的横横轴轴截截距距表表示示L0，斜斜率率表表示示劲劲度度系系数数
22、，由由图图象象可可知知横横轴轴截截距距为为L05 cm.斜斜率率为为劲度系数劲度系数k20 N/m.(3)记录数据的表格如下表所示记录数据的表格如下表所示.(4)水水平平放放置置弹弹簧簧时时，弹弹簧簧的的形形变变量量与与弹弹簧簧自自重重无无关关，只只与与钩钩码码的的重重力力有有关关，这这是是它它的的优优点点，但但这这种种情情况况弹弹簧簧与与桌桌面面及及绳绳子子与与滑滑轮轮间间的的摩摩擦擦力力对对实实验验效效果果的的影影响响较较大大，造成实验误差，这是缺点造成实验误差，这是缺点答案答案(1)见见解析解析(2)520(3)见见解析解析(4)避避免免弹弹簧簧自自身身所所受受的的重重力力对对实实验验的
23、的影影响响弹弹簧簧与与桌面及桌面及绳绳子与滑子与滑轮间轮间存在的摩擦造成存在的摩擦造成实验误实验误差差次数123456弹力F/N长度L/(102 m)问问题题感感悟悟(1)根根据据所所给给实实验验数数据据描描点点，然然后后作作出出平平滑滑曲曲线线(或或直直线线)，注注意意所所画画的的线线不不一一定定过过所所有有点点，原原则则是是应应尽尽量量使使各各点点较较均均匀匀地地分分布布在在曲曲线线(或或直直线线)的的两两侧侧，描描点时要符合客观实际，点时要符合客观实际，“曲曲”、“直直”分明分明(2)理理解解坐坐标标的的物物理理含含义义：L为为挂挂不不同同砝砝码码时时弹弹簧簧的的长度而不是形变量长度而不是形变量(3)曲曲线线的的弯弯曲曲部部分分表表示示弹弹力力超超过过了了弹弹簧簧的的弹弹性性限限度度二、实验器材的创新二、实验器材的创新利利用用计计算算机机及及传传感感器器技技术术，将将弹弹簧簧水水平平放放置置，且且一一端端固固定定在在传传感感器器上上，传传感感器器与与电电脑脑相相连连，如如图图实实7 7甲甲所所示示，对对弹弹簧簧施施加加变变化化的的作作用用力力(拉拉力力或或推推力力)时时，电电脑脑上上得得到到弹弹簧簧弹弹力力和和弹弹簧簧形形变变量量的的关关系系图图象象，分分析析图图象象(如如图实图实7 7乙所示乙所示)得出得出结论结论