10-11版高中物理全程学习方略课件：第四章实验（鲁科版必修1）

(共48张PPT)
【典例1】某同学在研究性学习中，利用所
学的知识解决了如下问题：一轻弹簧竖直
悬挂于某一深度为h=25.0 cm.且开口向下
的小筒中（没有外力作用时弹簧的下端位于筒内，但测力计可以同弹簧的下端接触），如图实－2甲所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒的下端（筒外）弹簧的长度l,现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力F，作出F－l变化的图线如图乙所示，则弹簧的劲度系数为k=_____ N/m.弹簧的原长l0=_____.
【标准解答】设弹簧原长为l0，由F=kx
得F1=k(h+l1-l0)
F2=k(h+l2-l0)
由图象知F1=30 N,l1=0.20 m
F2=20 N,l2=0.10 m
代入解得l0=0.15 m
k=100 N/m
答案:100 0.15 m
【典例2】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 50 g 的砝码时，指针指示的刻度数值记作L1；弹簧下端挂两个50 g的砝码时，指针指示的刻度数值记作L2；……；挂七个50 g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：
（2）实验中，L3和L7两个值还没有测定，请你根据图
实－3 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，分别计算出了三个差值：d1=L4-L0
=6.90 cm，d2=L5-L1=6.90 cm，d3=L6-L2=7.00 cm.
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50 g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9.8 m/s2）
【标准解答】 （1）通过对6个值的分析可知记录有误的是L5、L6.
（2）用最小刻度是毫米的刻度尺测量时，正确读数并记录到毫米的下一位，即L3=6.85 cm,L7=14.05 cm.
（3）利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值
d4=L7-L3=14.05 cm-6.85 cm=7.20 cm.
（4）每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL,
（5）根据ΔF=k·ΔL又ΔF=mg
所以
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)
（4） 1.75 （5）28
1.（2009·广东高考）一个实验小
组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”
的实验中，使用两条不同的轻质弹
簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图
象如图实－4所示，下列表述正确
的是（ ）
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小
D.测得的弹力与弹簧的长度成正比
【解析】选B.由F=kx=k(l-l0)知弹力F跟弹簧的伸长或缩短的长度成正比，D错误；F－l图线的斜率大小等于弹簧劲度系数的大小，故B正确、C错误，a、b弹簧的原长无法比较，A错误.
2.在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是( )
A.弹簧被拉伸时，不能超出其弹性限度
B.测弹簧的原长时，应将弹簧平放在水平桌面上
C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时，应保证弹簧处于竖直位置且平衡
D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
【解析】选A、C.本实验中应以同一根弹簧为实验对象，在弹性限度内通过增减砝码的数目来改变对弹簧的拉力，从而探究弹力与弹簧伸长的关系；但在测原长时，应把弹簧竖直悬挂，自然伸长时测量，这样可以避免弹簧自身重力对测量结果的影响.故选A、C.
3.如图实－5所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，当对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图象（如图乙），则下列判断正确的是（ ）
A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比
C.该弹簧的劲度系数是200 N/m
D.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变
【解析】选B、C、D.弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比，即F=kx或ΔF=kΔx,故A错误，B正确，弹簧的劲度系
数由弹簧本身决定，由图象得
且当力反向时，k不变，C、D正确.
4.以下是“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验步骤，实验的正确顺序为_________
①将弹簧竖直挂在支架上
②以弹力为纵坐标，弹簧的伸长量为横坐标，根据所测数据在坐标纸上描点
③以弹簧的伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数
④在弹簧的弹性限度内，分别挂上质量不同的砝码，依次测量出挂不同砝码时弹簧的伸长量（或总长），并将测量的几组数据记入表格中
⑤实验结束，整理还原实验器材
【解析】实验应先将弹簧竖直挂在支架上，再挂砝码同时测弹簧的伸长量（或总长），作图探究弹力和伸长量的关系式，实验步骤的先后顺序为①④②③⑤
答案:①④②③⑤
5.（2010·临沂高一检测）某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系.下表是该同学记录的实验数据，实验时弹簧伸长量始终未超过弹性限度.（g取10 m/s2）
（1）在所给坐标纸（如图实－6）上建立坐标系，并标出合适的标度，根据实验数据作出弹力F跟弹簧伸长量
x关系的图象.
（2）根据图象可计算出弹簧的劲度系数为______ N/m.（保留三位有效数字）
【解析】 （1）计算弹簧的弹力及相应伸长量如下表：
以F为纵坐标，x为横坐标，坐标标度如图，描点并连接成平滑的直线.
（2）
答案： （1）见解析 （2）25.9
6.某同学用如图实－7所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验.
他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上1个钩码,并逐渐增加钩码的个数,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重力加速度取g=9.8 m/s2)
(1)根据所测数据,在图实－8所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线.
(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在____N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律,这种规格的弹簧的劲度系数为______N/m.
【解析】 (1)根据题目中所测量的数据进行描点,然后用平滑的曲线(或直线)连接各点,在连接时应让尽量多的点落在线上.(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分布在线的两侧,如图.
(2)根据所画图象可以看出,当m≤5.00×102 g=0.5 kg 时，标尺刻度x与钩码质量m成一次函数关系,所以当F≤4.9 N时弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律.由ΔF=kΔx，可知图线斜率的大小在数值上等于弹簧的劲度系数k，即
答案： （1）见解析 （2）0～4.9 25
7.（探究创新）17世纪英国物理学家胡克发现：在弹性限度内，弹簧的形变量与弹力成正比，这就是著名的胡克定律.受此启发，一组同学研究金属线材伸长量与拉力的关系的探究过程如下：
A.有同学认为：横截面为圆形的金属丝或金属杆在弹性限度内，其伸长量与拉力成正比，与截面半径成反比.
B.他们准备选用一些由同种材料制成的不同长度、不同半径的线材作为研究对象，用螺旋测微器、激光测距仪、传感器等仪器测量线材的伸长量随拉力变化的规律，以验证假设.
C.通过实验取得如下数据：
D.同学们对实验数据进行分析、归纳后，对他们的假设进行了补充完善.
（1）上述科学探究活动的环节中，属于“制定计划”和“收集证据”的环节分别是（填字母代号）____、_____.
(2)请根据上述过程分析他们的假设是否全部正确？若有错误或不足，请给予修正
_______________________________________________
_______________________________________________.
(3)求出这种线材的伸长量x与拉力F以及线材的长度L、截面积S之间的定量关系式.
（4）有一工程要使用一根能承受98 000 N拉力的金属杆，按设计要求，其受拉力后的伸长量不能超过原来长度的1／1 000.现有一根用实验所用材料制成的金属杆，长为4 m，横截面积为0.8 cm2,请通过计算说明能否使用这根金属杆.
【解析】 （1）根据题目给定的条件，显然A属于“猜想与假设”，B属于“制定计划”,C属于“收集证据”，D属于“分析、论证、评估”.
(2)他们的假设不全部正确.在弹性限度内，金属线材的伸长量与拉力成正比，与截面半径的平方成反比，还与金属线材的长度成正比.
（3）x=kFL/S,式中
所以x=8×10-12FL/S
(4)不能使用.按设计要求伸长量不能超过原来长度的
1／1 000计算，该金属杆受到的拉力不能超过
=10 000 N<98 000 N,所以不能使用.
答案：见解析