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2020高考物理 名師1號(hào)系列復(fù)習(xí) 探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系教案

上傳人:艷*** 文檔編號(hào):110915349 上傳時(shí)間:2022-06-19 格式:DOC 頁數(shù):13 大?。?29.50KB
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1、實(shí)驗(yàn)二探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 第一關(guān):基礎(chǔ)關(guān)展望高考 基 礎(chǔ) 知 識(shí) (一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系; 2.學(xué)會(huì)利用圖象研究?jī)蓚€(gè)物理量之間的關(guān)系的方法. (二)實(shí)驗(yàn)原理 1.如圖所示,彈簧在下端懸掛鉤碼時(shí)會(huì)伸長(zhǎng),平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等. 2.用刻度尺測(cè)出彈簧在不同鉤碼拉力下的伸長(zhǎng)量x,建立坐標(biāo)系,以縱坐標(biāo)表示彈力大小F,以橫坐標(biāo)表示彈簧的伸長(zhǎng)量x,在坐標(biāo)系中描出實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線連接起來,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長(zhǎng)量間的關(guān)系. (三)實(shí)驗(yàn)器材 彈簧,直尺,鉤碼一盒,鐵架臺(tái). (四

2、)實(shí)驗(yàn)步驟 1.把彈簧吊在鐵架臺(tái)上,讓彈簧自然下垂,在彈簧不掛鉤碼時(shí)測(cè)量彈簧的原長(zhǎng)L0. 2.將已知質(zhì)量的鉤碼掛在彈簧的下端,在平衡時(shí)測(cè)量彈簧的總長(zhǎng)并計(jì)算鉤碼的重力,填寫在記錄表格里.然后改變所掛鉤碼的質(zhì)量,重復(fù)前面的實(shí)驗(yàn)過程多次. 3.根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),在已經(jīng)準(zhǔn)備好的坐標(biāo)紙上描點(diǎn).以力為縱坐標(biāo),以彈簧的長(zhǎng)度為橫坐標(biāo). 4.按照?qǐng)D中各點(diǎn)的分布與走向,嘗試作出一條光滑曲線(包括直線),技巧是所描的點(diǎn)不一定都在曲線上. 5.作圖得到的是如圖甲所示的圖象.盡管是直線,也就是一次函數(shù),但不夠簡(jiǎn)潔,即不是剛好反應(yīng)函數(shù)間的正比關(guān)系.處理的手法是將坐標(biāo)軸平移,就可以得到一個(gè)從原點(diǎn)出發(fā)的函數(shù)圖象(圖

3、乙).這個(gè)平移的意義正是彈簧的長(zhǎng)度之差,與所要考慮的伸長(zhǎng)多少相關(guān).平移后將橫坐標(biāo)由彈簧的長(zhǎng)度改為彈簧的伸長(zhǎng)量. 6.進(jìn)而找到彈簧的伸長(zhǎng)為自變量,寫出實(shí)驗(yàn)得到的曲線所代表的函數(shù)即彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系. 7.當(dāng)函數(shù)表達(dá)式中出現(xiàn)常數(shù)時(shí),試解釋這個(gè)常數(shù)的物理意義. 8.運(yùn)用表中的數(shù)據(jù)計(jì)算驗(yàn)證所得的函數(shù)關(guān)系. (五)注意事項(xiàng) 1.懸吊彈簧時(shí)要讓它自然下垂,別忘了測(cè)量彈簧的原長(zhǎng)L0. 2.每改變一次拉力的大小就要做一次測(cè)量記錄.為了探索彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,要盡可能多測(cè)幾組數(shù)據(jù),以便在坐標(biāo)紙上能描出更多的點(diǎn). 3.實(shí)驗(yàn)時(shí)拉力不要太大(即鉤碼不能過多),以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度

4、.要注意觀察,適可而止. 4.在坐標(biāo)紙上嘗試描畫一條平滑曲線(包括直線)時(shí),要順著各點(diǎn)的走向來描,描出的點(diǎn)可以不一定正好在曲線上,但要注意使曲線兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)大致相同. 5.寫出曲線所代表的函數(shù)時(shí),建議首先嘗試用一次函數(shù),如果不行再考慮其他函數(shù). 第二關(guān):技法關(guān)解讀高考 解 題 技 法 一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 技法講解 1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 探索性實(shí)驗(yàn)是一種以探索物理規(guī)律為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn).雖然本實(shí)驗(yàn)要探索的彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系早在1676年就被英國(guó)物理學(xué)家胡克所發(fā)現(xiàn),但今天再嘗試一下探索過程,體驗(yàn)物理規(guī)律是如何被發(fā)現(xiàn)的,不僅會(huì)使我們更加深入地理解彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,同時(shí)還可以學(xué)習(xí)如何通過實(shí)驗(yàn)來探

5、索物理規(guī)律.如圖所示將彈簧上端固定在支架上,下端掛的重物處于靜止時(shí),彈力大小等于重物受的重力,以此測(cè)彈力f.再用豎直地固定在支架上的刻度尺測(cè)出懸掛重物時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量x. 典例剖析 例1用一個(gè)支架、一根彈簧、一把尺子和一個(gè)已知質(zhì)量的砝碼,來測(cè)定某個(gè)不太重的物體有多重,該怎樣做? 解析:這是根據(jù)所給器材進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的題目,依據(jù)的實(shí)驗(yàn)方法來源于基本 實(shí)驗(yàn)原理.具體做法是: (1)將彈簧上端固定在支架上,下端掛上砝碼(質(zhì)量已知為m),測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)x;(2)將砝碼取去換上待測(cè)物體,測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)x′;(3)待測(cè)物體重為x′. 二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 技法講解 (1)列表法

6、:將測(cè)得的f1、x1;f2、x2;f3、x3……和f1/x1、f2/x2、f3/x3……填入設(shè)計(jì)好的表格之中,可以發(fā)現(xiàn)彈力f和彈簧伸長(zhǎng)x的比值在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)是相等的.(2)圖象法:坐標(biāo)紙上以彈簧伸長(zhǎng)x為橫坐標(biāo)、彈力f為縱坐標(biāo),描出f1、x1;f2、x2;f3、x3……相應(yīng)的點(diǎn),作出擬合曲線,可以發(fā)現(xiàn)該曲線可看作是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線.(3)函數(shù)法:彈力f與彈簧伸長(zhǎng)量x滿足f=kx的關(guān)系. 典例剖析 例2在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到的數(shù)據(jù)記錄如下:測(cè)得彈簧數(shù)據(jù)記錄如下: 測(cè)得彈簧原長(zhǎng)為=10cm (1)根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)作出彈簧拉力F和彈簧總長(zhǎng)的關(guān)系圖象.

7、(2)由所得圖象寫出F與的函數(shù)關(guān)系式. (3)F與彈簧的伸長(zhǎng)Δ成什么關(guān)系?F與Δ的比值等于多少? 解析:(1) (2)F=k() (3)F與Δ成正比關(guān)系,若F與Δ的比值用k表示,則k= =100 N/m 三、實(shí)驗(yàn)技巧 技法講解 (1)實(shí)驗(yàn)所用彈簧應(yīng)選用輕彈簧,其勁度系數(shù)不是很大,砝碼的增減使彈簧應(yīng)有較明顯的形變. (2)懸掛砝碼要適量,以免超出彈簧的彈性限度. (3)懸掛砝碼靜止時(shí)(保證拉力與彈簧伸長(zhǎng)方向同軸)才能讀數(shù). (4)作圖時(shí),應(yīng)以彈力作縱軸,彈簧的伸長(zhǎng)量x(而非彈簧總長(zhǎng))為橫軸.平滑直線的兩側(cè)的點(diǎn) 應(yīng)有大致相同的個(gè)數(shù). (5)作出圖線可用學(xué)過的一次函數(shù)的知

8、識(shí)寫出直線所代表的函數(shù)解析式,即F=kx,k即為彈簧的勁度系數(shù).然后選定若干組F和x,利用求平均值的辦法確定k值.若力的單位為牛(N),彈簧的伸長(zhǎng)單位為米(m),則函數(shù)式中k的單位是牛/米(N/m). 在彈性限度內(nèi),形變的彈簧產(chǎn)生的彈力大小可用胡克定律公式F彈=kx計(jì)算.式中k是彈簧的勁度系數(shù),單位是N/m,x是指彈簧壓縮或拉伸形變量的大小. 典例剖析 例3(1)用一只彈簧秤、一把刻度尺測(cè)量一根彈簧的勁度系數(shù),依據(jù)你的實(shí)驗(yàn)原理,需要測(cè)量的物理量有____. (2)通過本實(shí)驗(yàn)我們得出了結(jié)論:在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力大小和彈簧的形變量之間成正比,即F=kx,那么ΔF=kΔx成立嗎?(式中Δ

9、x為彈力變化后,彈簧又發(fā)生的形變變化,ΔF為彈力的變化) 解析:(1)彈簧秤的作用是用來測(cè)量彈簧的彈力大小,所以需要測(cè)量的物理量有:彈簧原長(zhǎng),彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度,彈簧伸長(zhǎng)到相應(yīng)長(zhǎng)度時(shí)彈簧秤拉力示數(shù). (2)以F為縱軸,以x為橫軸,作F-x的圖象如圖所示,圖象是過原點(diǎn)的直線,斜率為k,變化量ΔF與Δx也成正比.故ΔF=kΔx成立. 第三關(guān):訓(xùn)練關(guān)笑對(duì)高考 隨 堂 訓(xùn) 練 1.在該實(shí)驗(yàn)中關(guān)于操作步驟“測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和豎直懸掛彈簧”的先后順序,下列說 法正確的是( ) A.先測(cè)量原長(zhǎng),后豎直懸掛 B.先豎直懸掛,后測(cè)量原長(zhǎng) C.先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果無影響 D.先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)

10、果的影響程度取決于彈簧的自重 答案:BD 2.某同學(xué)做“探索彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn).他先把彈簧平放在桌面上使其自 然伸長(zhǎng),用直尺測(cè)出彈簧的原長(zhǎng)L0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上砝碼后測(cè)出彈簧伸長(zhǎng)后 的長(zhǎng)度L,把L-L0作為彈簧的伸長(zhǎng)x,這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖 線可能是下圖所示圖線的哪一個(gè)( ) 答案:B 3.下表是某同學(xué)為探索彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系所測(cè)的幾組數(shù)據(jù): (1)請(qǐng)你在圖中的坐標(biāo)軸上作出F-x圖線. (2)寫出曲線所代表的函數(shù)式.(x用m作單位) (3)解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義. 答案:(1)略 (2)F=20x

11、 (3)彈簧每伸長(zhǎng)1 m,彈簧的彈力增加20 N 4.某同學(xué)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,按正確操作方法測(cè)出的數(shù)據(jù)如下表所示,其中,他選擇的輕質(zhì)彈簧的原長(zhǎng)是10 cm,實(shí)驗(yàn)中彈簧的伸長(zhǎng)始終未超過彈性限度. (1)若以拉力F為縱坐標(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),請(qǐng)你在下圖中描點(diǎn)并作出該彈簧的F—x 圖線. (2)若以x為自變量,且F的單位用N表示,x的單位用m表示,則上述圖線所代表的函數(shù)為 ___________. 解析:(1)先根據(jù)表中的彈簧總長(zhǎng)度和彈簧原長(zhǎng)計(jì)算出各個(gè)拉力下對(duì)應(yīng)的彈簧伸長(zhǎng)量x,然后在F-x坐標(biāo)系中描點(diǎn),作出該彈簧的F-x圖線. (2)由圖線的斜率

12、求出k,然后寫出函數(shù)關(guān)系. 答案:(1)如下圖所示 (2)F=kx,其中k=200 N/m或F=200x. 點(diǎn)評(píng):“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)是滲透新課標(biāo)理念的學(xué)生實(shí)驗(yàn),2020年高考將有相當(dāng)多的省市進(jìn)行新課標(biāo)高考,因此要特別關(guān)注高考大綱中的探究性學(xué)生實(shí)驗(yàn). 5.如圖所示,四根相同的輕質(zhì)彈簧連著相同的物體,在外力作用下做不同的運(yùn)動(dòng): (1)在光滑水平面上做加速度大小為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng); (2)在光滑斜面上做向上的勻速直線運(yùn)動(dòng); (3)做豎直向下的勻速直線運(yùn)動(dòng); (4)做豎直向上的加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng).設(shè)四根彈簧伸長(zhǎng)量分別為,不計(jì)空氣阻力,g為重力加速度,則()

13、 答案:AD 6.某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,組成如圖所示的裝置.所用的鉤碼每個(gè)重0.5 N,他將6個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端,每掛一個(gè)都測(cè)出彈簧的總長(zhǎng)度,并將數(shù)據(jù)填在下面的表格中(彈簧始終在彈性限度內(nèi)). (1)試根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在給定的坐標(biāo)紙上,作出彈簧所受彈力大小跟彈簧總長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系的圖線.說明圖線跟坐標(biāo)軸交點(diǎn)的物理意義和所得圖線的物理意義各是什么?該彈簧的勁度系數(shù)k是多大? (2)試用一個(gè)已知重力的鉤碼和一根有刻度的直尺去測(cè)定一根細(xì)繩能承受的最大拉力(設(shè)鉤碼重力稍小于細(xì)繩能承受的最大拉力). 解析:(1)如下圖所示,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐

14、標(biāo)紙上描出的點(diǎn),基本上在同一條直線上.可以判定F和L間是一次函數(shù)關(guān)系.根據(jù)描點(diǎn)畫一條直線,使盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上,不在直線上的點(diǎn)均勻地分布在直線的兩側(cè).該圖線跟橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)表示彈簧的原長(zhǎng).圖線的物理意義是表明彈簧的彈力大小和彈簧伸長(zhǎng)量大小成正比.由k=可得k=50N/m. (2)用直尺做一個(gè)杠桿,杠桿較短的一端用細(xì)繩拉住(可固定在桌面上),另一邊靠近支點(diǎn)處掛上砝碼,移動(dòng)砝碼在杠桿上的位置,增加砝碼到支點(diǎn)的距離,直到細(xì)繩恰好被拉斷,由杠桿平衡條件計(jì)算細(xì)繩所能承受的最大拉力.(其他方法只要合理均給分). 答案:見解析 點(diǎn)評(píng):近年來高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笤谔岣?已由考查教材上的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到考查設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)上來,但實(shí)驗(yàn)的原理還是在中學(xué)物理考點(diǎn)范圍以內(nèi).對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),還是需要測(cè)量物理量,而這些物理量在中學(xué)的實(shí)驗(yàn)中已進(jìn)行過練習(xí),是要測(cè)量方案上需要設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)途徑.

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