【備戰(zhàn)2023高考】物理總復(fù)習(xí)——2.4《實驗二：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系》講義（全國通用）-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

第二章相互作用近5年考情分析考點要求等級要求考題統(tǒng)計20222021202020192018三種常見的力Ⅰ浙江1月卷·T4 力的合成與分解 Ⅱ浙江1月卷·T5浙江6月卷·T10廣東卷·T1湖南卷·T5廣東卷·T3Ⅲ卷·T17Ⅱ卷·T16Ⅲ卷·T16 受力分析、共點力的平衡 Ⅱ浙江1月卷·T7浙江6月卷·T3湖南卷·T5Ⅰ卷·T19浙江卷·T9 實驗二：探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系湖南卷·T11廣東卷·T11 Ⅰ卷·T22實驗三：驗證力的平行四邊形定則浙江6月卷·T17 核心素養(yǎng)1.物理觀念:對力學(xué)中三種力的理解及認(rèn)識。2.科學(xué)思維(1)繩上的“活結(jié)”與“死結(jié)”問題(2)解決動態(tài)平衡問題的二種方法3.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任(1)生活中的平衡(2)非共面力作用下物體的平衡4.科學(xué)探究：觀察、論證、交流彈力與彈簧伸長量的關(guān)系命題規(guī)律高考對本章的考查呈現(xiàn)出如下特點:1.選擇單個物體或多個物體為研究對象，進行受力分析，充分考慮各力的產(chǎn)生條件和應(yīng)用范圍。利用合成法或分解法對力進行處理，應(yīng)用平衡條件，建立等式求解2.考查考生對本章知識的理解和掌握情況的同時，考查考生的情景分析能力，理解與反思質(zhì)疑的能力，提取信息進行物理圖景建構(gòu)的能力，應(yīng)用基本規(guī)律分析、推理和計算的能力，科學(xué)探究能力3.考查內(nèi)容主要體現(xiàn)物理學(xué)科的核心素養(yǎng)中運動與相互作用觀念、模型建構(gòu)和科學(xué)推理要素.備考策略1.本章涉及的知識是高中物理的重要基礎(chǔ)，包含許多思想方法，它的應(yīng)用幾乎貫穿整個高中物理。所以，不能因為本章內(nèi)容獨立考查的較少而有所忽視，恰恰相反，一定要下大力氣扎扎實實地學(xué)好本章的知識與方法，形成解決物理問題的基本思路。在本章復(fù)習(xí)過程中多耗一些時間和精力是值得的。2.牢記基知識，熟練掌握基本方法，明確基本題型盡量多地積累不同物體，不同環(huán)境、不同運動形式下的應(yīng)用類型及有效解決問題的方法。明確物體的平衡條件、臨界條件，掌握好函數(shù)法、圖象法、極限法、隔離法、整體法等解題方法。利用好力的合成法、分解法、相似三角形法、矢量三角形法、正交分解法處理力的矢量問題。【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】專題2.4 實驗二：探究彈力與彈簧伸長量之間關(guān)系【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】考點一基本要求一、實驗?zāi)康?/span>1．探究彈力和彈簧伸長的定量關(guān)系．2．學(xué)會利用列表法、圖象法研究物理量之間的關(guān)系．二、實驗原理彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等；彈簧的伸長量越大，彈力也就越大．三、實驗器材鐵架臺、彈簧、鉤碼、刻度尺、坐標(biāo)紙．四、實驗步驟1．安裝實驗儀器(見實驗原理圖)．將鐵架臺放在桌面上(固定好)，將彈簧的一端固定于鐵架臺的橫梁上，讓其自然下垂，在靠近彈簧處將刻度尺(最小分度為1 mm)固定于鐵架臺上，并用重垂線檢查刻度尺是否豎直．2．用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0，即原長．3．在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，量出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1，填入自己設(shè)計的表格中．4．改變所掛鉤碼的質(zhì)量，量出對應(yīng)的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5和相應(yīng)的彈簧長度l2、l3、l4、l5，并得出每次彈簧的伸長量x1、x2、x3、x4、x5.鉤碼個數(shù)長度伸長量x鉤碼質(zhì)量m彈力F0l0＝ 1l1＝x1＝l1－l0m1＝F1＝2l2＝x2＝l2－l0m2＝F2＝3l3＝x3＝l3－l0m3＝F3＝????? 考點二方法規(guī)律一、數(shù)據(jù)處理1．列表法將測得的F、x填入設(shè)計好的表格中，可以發(fā)現(xiàn)彈力F與彈簧伸長量x的比值在誤差允許范圍內(nèi)是相等的．2．圖象法以彈簧伸長量x為橫坐標(biāo)，彈力F為縱坐標(biāo)，描出F、x各組數(shù)據(jù)相應(yīng)的點，作出的擬合曲線，是一條過坐標(biāo)原點的直線．二、誤差分析1．鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確、彈簧長度測量不準(zhǔn)確帶來誤差．2．畫圖時描點及連線不準(zhǔn)確也會帶來誤差．三、注意事項1．每次增減鉤碼測量有關(guān)長度時，均需保證彈簧及鉤碼不上下振動而處于靜止?fàn)顟B(tài)，否則，彈簧彈力有可能與鉤碼重力不相等．2．彈簧下端增加鉤碼時，注意不要超過彈簧的彈性限度．3．測量有關(guān)長度時，應(yīng)區(qū)別彈簧原長l0、實際總長l及伸長量x三者之間的不同，明確三者之間的關(guān)系．4．建立平面直角坐標(biāo)系時，兩軸上單位長度所代表的量值要適當(dāng)，不可過大，也不可過?。?/span>5．描線的原則是，盡量使各點落在描畫出的線上，少數(shù)點分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是光滑的曲線高頻考點一基本要求例1、某同學(xué)做實驗探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，并測量彈簧的勁度系數(shù)k。他先將待測彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將分度值是1 mm的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，并使彈簧另一端的指針恰好落在刻度尺面上。當(dāng)彈簧自然下垂時，指針指示的刻度數(shù)值記作L0；彈簧下端掛一個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L1；彈簧下端掛兩個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L2，……，掛七個50 g的鉤碼時，指針指示的刻度數(shù)值記作L7。代表符號L0L1L2L3L4L5L6L7刻度數(shù)值/cm1.703.405.106.858.6010.3012.1014.05(1)為了充分利用測量數(shù)據(jù)，該同學(xué)將所測得的數(shù)值按如下方法逐一求差，分別計算出了三個差值：d1＝L4－L0＝6.90 cm，d2＝L5－L1＝6.90 cm，d3＝L6－L2＝7.00 cm，則第四個差值d4＝________ cm。(2)根據(jù)以上差值，可以求出每增加50 g鉤碼，彈簧平均伸長量ΔL＝________ cm。(3)彈簧的勁度系數(shù)k＝________ N/m。(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)【答案】　(1)7.20　(2)1.75　(3)28【解析】　(1)L3的數(shù)值為6.85 cm，L7的數(shù)值為14.05 cm，所以第四個差值d4＝L7－L3＝14.05 cm－6.85 cm＝7.20 cm。(2)設(shè)每增加50 g鉤碼，彈簧平均伸長量為ΔL，因為d1＝4ΔL，d2＝4ΔL，d3＝4ΔL，d4＝4ΔL，所以，ΔL＝＝＝1.75 cm。(3)根據(jù)ΔF＝kΔL，解得：k＝＝ N/m＝28 N/m【變式訓(xùn)練】如甲所示，用鐵架臺、彈簧和多個已知質(zhì)量且質(zhì)量相等的鉤碼探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。測彈簧原長時是將彈簧平鋪在桌面上。(1)為完成實驗，還需要的實驗器材有：________。(2)實驗中需要測量的物理量有：_________________________。(3)為完成該實驗，設(shè)計的實驗步驟如下：A．以彈簧伸長量為橫坐標(biāo)，以彈力為縱坐標(biāo)，描出各組(x，F)對應(yīng)的點，并用平滑的曲線連接起來；B．記下彈簧不掛鉤碼時其下端在刻度尺上的刻度l0；C．將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一把刻度尺；D．依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個…鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時彈簧下端所對應(yīng)的刻度，并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼；E．以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式。首先嘗試寫成一次函數(shù)，如果不行，則考慮二次函數(shù)；F．解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義；G．整理儀器。請將以上步驟按操作的先后順序排列出來：________________。【答案】(1)刻度尺　(2)彈簧原長、彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量(或?qū)?yīng)的彈簧長度)(3)CBDAEFG【解析】(1)根據(jù)實驗原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和形變量。(2)根據(jù)實驗原理，實驗中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧掛不同個數(shù)的鉤碼時所對應(yīng)的伸長量(或?qū)?yīng)的彈簧長度)。(3)根據(jù)完成實驗的合理性可知先后順序為CBDAEFG。高頻考點二方法規(guī)律例2、以下是某實驗小組探究“二力合成規(guī)律”的過程。(1)首先進行如下操作：①如圖甲，輕質(zhì)小圓環(huán)掛在橡皮條的一端，另一端固定，橡皮條的長度為GE；②如圖乙，用手通過兩個彈簧測力計共同拉動小圓環(huán)。小圓環(huán)在拉力F1、F2的共同作用下，位于O點，橡皮條伸長的長度為EO；③撤去F1、F2，改用一個力F單獨拉住小圓環(huán)，仍使其位于O點，如圖丙。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，力F單獨作用與F1、F2共同作用的效果是一樣的，都使小圓環(huán)在O點保持靜止。由于兩次橡皮條伸長的長度相同，即__________，所以F等于F1、F2的合力。(2)然后實驗小組探究了合力F與分力F1、F2的關(guān)系：①由紙上O點出發(fā)，用力的圖示法畫出拉力F1、F2和F(三個力的方向沿各自拉線的方向，三個力的大小由彈簧測力計讀出)；②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，如圖丁，得到的啟示是____________________；③多次改變拉力F1、F2的大小和方向，重做上述實驗，通過畫各力的圖示，進一步檢驗所圍成的圖形。實驗小組發(fā)現(xiàn)：在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個規(guī)律叫做____________。上述實驗中，如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，即先用拉力F將圓環(huán)拉到O點，再用拉力F1和F2共同拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則F1和F2就是F的______________，此實驗可以探究__________規(guī)律。【答案】　(1)橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同　(2)②可構(gòu)成平行四邊形　③平行四邊形定則　分力　力的分解【解析】　(1)兩次橡皮條伸長的長度相等，即兩次橡皮條對小圓環(huán)的拉力相同，說明單個力F的作用效果與F1、F2共同作用的效果相同。(2)②用虛線將拉力F的箭頭端分別與F1、F2的箭頭端連接，可構(gòu)成平行四邊形，F1和F2為鄰邊，F為與F1和F2共頂點的對角線；③多次改變拉力F1、F2的大小和方向，重做上述實驗，在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個規(guī)律叫做平行四邊形定則。如果把圖乙和圖丙的操作順序?qū)φ{(diào)，即先用拉力F將圓環(huán)拉到O點，再用拉力F1和F2共同拉圓環(huán)產(chǎn)生相同效果，則F1和F2就是F的分力，此實驗可以探究力的分解規(guī)律。【變式訓(xùn)練】某同學(xué)做“驗證力的平行四邊形定則”的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。甲　　　　　　　乙(1)如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________。(2)本實驗采用的科學(xué)方法是________。A．理想實驗法B．等效替代法C．控制變量法D．建立物理模型法(3)實驗時，主要的步驟是：A．在桌上放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙釘在方木板上；B．用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在橡皮條的另一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套；C．用兩個彈簧測力計分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O。記錄下O點的位置，讀出兩個彈簧測力計的示數(shù)；D．按選好的標(biāo)度，用鉛筆和刻度尺作出兩個彈簧測力計的拉力F1和F2的圖示，并用平行四邊形定則求出合力F；E．只用一個彈簧測力計，通過細(xì)繩套拉橡皮條使其伸長，讀出彈簧測力計的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出這個力F′的圖示；F．比較F′和F的大小和方向，看它們是否相同，得出結(jié)論。上述步驟中：①有重要遺漏的步驟的標(biāo)號是________和________；②遺漏的內(nèi)容分別是________________________和_____________。【答案】(1)F′　(2)B　(3)①C　E　②C中應(yīng)加上“記下兩條細(xì)繩的方向”　E中應(yīng)說明“把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O”【解析】(1)由一個彈簧測力計拉橡皮條至O點的拉力一定沿AO方向；而根據(jù)平行四邊形定則作出的合力，由于誤差的存在，不一定沿AO方向，故一定沿AO方向的是F′。(2)一個力的作用效果與兩個力的作用效果相同，它們的作用效果可以等效替代，故本實驗采用等效替代法，B正確。(3)①根據(jù)“驗證力的平行四邊形定則”實驗的操作步驟可知，有重要遺漏的步驟的標(biāo)號是C、E。②在C中未記下兩條細(xì)繩的方向，E中未說明是否把橡皮條的結(jié)點拉到同一位置O。例3、在“探究求合力的方法”實驗中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細(xì)繩套和一把彈簧測力計。（1）為完成實驗，某同學(xué)另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)，得到的實驗數(shù)據(jù)如下表：彈力伸長量根據(jù)表中數(shù)據(jù)在下圖中做出圖像______，并求得該彈簧的勁度系數(shù)______；（保留二位有效數(shù)字）（2）某次實驗情況如圖甲所示，其中為固定橡皮條的圖釘，為橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點，和為細(xì)繩。圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖。①如果沒有操作失誤，圖乙中的與兩力中，方向一定沿方向的是_________ （填“”或“”）。②在實驗中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，那么實驗結(jié)果______發(fā)生變化。（選填“會”或“不會”）③本實驗中以下說法正確的是( )A．兩根細(xì)繩必須等長B．橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上C．在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行D．實驗中，把橡皮條的另一端拉到點時，兩個彈簧測力計之間夾角必須取90°【答案】 54 不會 C【解析】（1）[1]根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點，并做出圖像，如圖所示[2] 由圖像可得該彈簧的勁度系數(shù)為（2）①[3]由圖乙可知為通過平行四邊形定則得到的合力，可能存在誤差，而為實驗時將橡皮筋拉到時所用的力，其方向必和在同一直線上；②[4]在實驗中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，不會影響分力的大小和方向，故實驗結(jié)果不會發(fā)生變化；③[5]A．兩根細(xì)繩不需要等長，A錯誤；B．橡皮條不一定與兩繩夾角的平分線在同一直線上，B錯誤；C．在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行，C正確；D．實驗中，把橡皮條的另一端拉到點時，兩個彈簧測力計之間夾角大小適當(dāng)即可，不一定取90°，D錯誤；故選C。【變式訓(xùn)練】某同學(xué)用橡皮條與彈簧測力計驗證“力的平行四邊形定則”，實驗裝置如圖甲所示。其中A為固定橡皮條的圖釘，和為細(xì)繩。（1）本實驗中兩次拉橡皮條的過程，主要體現(xiàn)的科學(xué)方法是__________A．理想實驗法 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法（2）在做本實驗時，下列操作中錯誤的是___________。A．同一次實驗過程中O點位置不允許變動B．實驗中，彈簧秤必須與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧秤刻度C．實驗中，先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤拉力的大小和方向，把橡皮調(diào)另一端拉到O點D．實驗中，把橡皮條的另一端拉到O點時，兩彈簧秤之間夾角應(yīng)取，以便于算出合力的大小（3）某一次實驗中，用一個彈簧測力計拉橡皮條使橡皮條與細(xì)繩的結(jié)點到達O點，彈簧測力計的示數(shù)如圖乙所示，此時橡皮條的彈力大小為__________N。（4）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，該同學(xué)畫出如圖丙所示的圖，圖中___________是、合力的理論值（填“F”或“”）。（5）實驗中，如果將細(xì)繩換成橡皮筋，O點沿、方向的拉力仍等于彈簧秤的讀數(shù)，所以實驗結(jié)果________發(fā)生變化。（選填“會”或“不會”）（6）實驗結(jié)束后，小明同學(xué)用其中一個彈簧測力計探究“彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關(guān)系”，繪出如圖丁所示圖像，則彈簧測力計的勁度系數(shù)為__________。【答案】 B CD##DC 4.00 F 不會 200【解析】（1）[1]本實驗中兩次拉橡皮條的過程，要求兩次拉橡皮條拉到同一位置，拉力的作用效果相同，主要體現(xiàn)的科學(xué)方法是等效替代法，故選B。（2）[2]A．要保證力的作用效果相同，同一次實驗過程中，O點的位置不允許變動，故A正確，不符合題意；B．為減小實驗誤差，在實驗中，彈簧秤必須保持與木板平行，讀數(shù)時視線要正對彈簧秤的刻線，故B正確，不符合題意；C．如果先將其中一個彈簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤拉力的大小和方向，把橡皮條結(jié)點拉到O點，彈簧秤可能會超過量程，故C錯誤，符合題意；D．實驗中，把橡皮條的結(jié)點拉到O點時，為減小實驗誤差，兩秤之間的夾角應(yīng)適當(dāng)大些，但是不必取90°不變，故D錯誤，不符合題意。故選CD。（3）[3]該彈簧側(cè)力計的分度值為0.1N，根據(jù)圖示，讀數(shù)為4.00N。（4）[4]在處理數(shù)據(jù)時，、合力的理論值是根據(jù)力的圖示，利用平行四邊形定則作圖表示出來的，故F是、合力的理論值。（5）[5]在實驗中，如果將細(xì)繩也換成橡皮筋，不會影響分力的大小與方向，那么實驗結(jié)果不會發(fā)生變化。（6）[6]彈簧所受彈力與彈簧長度的關(guān)系圖像斜率表示彈簧測力計的勁度系數(shù)例4、橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成正比，即，k的值與橡皮筋的原長L、橫截面積S有關(guān)。理論與實驗都表明，其中Y是由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)中稱之為楊氏模量。（1）在國際單位制中，楊氏模量Y的單位應(yīng)該是___________。A．N B．m C． D．（2）某同學(xué)通過實驗測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù)，做出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖像如上圖所示。由圖像可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)___________。（3）若該橡皮筋的原長是，橫截面積是，則該橡皮筋的楊氏模量Y的大小是___________（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。【答案】 D 200 【解析】（1）[1]根據(jù)，將物理量間的換算關(guān)系變?yōu)閱挝婚g的換算關(guān)系，楊氏模量Y的單位應(yīng)該是。故選D。（2）[2]根據(jù)圖像得，勁度系數(shù)為（3）[3]由整理得【變式訓(xùn)練】某同學(xué)選取甲、乙兩根彈簧，探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)繪出如圖所示的圖象，從圖象上看：（1）該同學(xué)得出的圖象上端彎成曲線，原因是__________；（2）甲彈簧的勁度系數(shù)___；乙彈簧的勁度系數(shù)_____；（3）若用乙彈簧制成彈簧秤，則這個彈簧秤的量程不能超過________N。【答案】超出彈性限度 200 8【解析】（1）[1] 圖象上端彎成曲線，因為伸長量太大，超出了彈性限度。（2）[2] 甲彈簧的勁度系數(shù)[3] 乙彈簧的勁度系數(shù)（3）[4]由圖發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉力大于8N時，就超出了乙彈簧的彈性限度，故若用乙彈簧制成彈簧秤，則這個彈簧秤的量程不能超過8N。

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