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高中物理弹力教案

发表时间:2021-02-18

高考物理实验探究弹力和弹簧伸长的关系复习教案。

经验告诉我们,成功是留给有准备的人。高中教师要准备好教案,这是老师职责的一部分。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收,有效的提高课堂的教学效率。写好一份优质的高中教案要怎么做呢?经过搜索和整理,小编为大家呈现“高考物理实验探究弹力和弹簧伸长的关系复习教案”,欢迎您参考,希望对您有所助益!

实验2探究弹力和弹簧伸长的关系
1.(20xx年高考福建卷第19题).(2)(6分)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系。实验时,将原长约200mm的橡皮筋上端固定,在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量;当挂上10只钩码后,再逐一把钩码取下,每取下一只钩码,也记下对应的橡皮筋伸长量。根据测量数据,作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量l与拉力F关系的图像如图所示。从图像中可以得出_______。(填选项前的字母)
A.增挂钩码时l与F成正比,而减挂钩码时l与F不成正比
B.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大
C.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等
D.增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度
答案:D
【解析】(2)本题属于中等题,解题的关键在于弄清问什么两条图像会错开。实验中由于增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度,弹簧无法及时恢复原长,两条图像才会出现差异。
2.(20xx年高考浙江卷第21.Ⅰ题)(10分)在“探究弹簧弹力大小与伸长量的关系”实验中,甲、乙两位同学选用不同的橡皮绳代替弹簧,为测量橡皮绳的劲度系数,他们在橡皮绳下端面依次逐个挂下钩友(每个钩友的质量均为m=0.jkg,取g=10m/s2),并记录绳下端的坐标X加(下标i表示挂在绳下端钩友个数)。然后逐个拿下钩友,同样记录绳下端面的坐标X减,绳下端面坐标的值Xi=(X加+X减)/2的数据如下表:
挂在橡皮绳下端的钩码个数橡皮绳下端的坐标(X/mm)
甲乙
1216.5216.5
2246.7232.
3284.0246.5
4335.0264.2
5394.5281.3
6462.0301.0
(1)同一橡皮绳的X加X减(大于或小于);
(2)同学的数据更符合实验要求(甲或乙);
(3)选择一级数据用作图法得出该橡皮绳的劲度系数k(N/m);
(4)为了更好的测量劲度系数,在选用钩码时需考虑的因素有哪些?
答案:(1)小于(2)乙
(3)由所给数据的该变量如下表所示
挂在橡皮绳下端的
勾码个数改变量(Xn-X1)/mm
甲乙
1
230.215.5
367.530.0
4118.547.7
5178.064.8
6245.584.5
由上表作图得
由图可得k乙=57-70(N/m)

对于甲同学的数据,因为只有前几个数据可认为在弹性范围内,由图中切线的斜率得,
k甲=25-34(N/m)
(4)尽可能使伸长量在弹性范围内,同时有足够大的伸长量,以减小长度测量的误差。
3.2008年北京第22.⑵题:探究弹力和弹簧伸长的关系
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L0L1L2L3L4L5L6L7
刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1

②实验中,L3和L2两个值还没有测定,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,分别计算出了三个差值: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)
3.【答案】
⑵①L5;L6因为它们读数的位数少。
②6.85(6.84~6.86);14.05(14.04~14.06)
③L7-L3;7.20(7.18~7.22)
④;1.75
⑤28

4.测量一轻弹簧的劲度系数
2009高考四川22.(1)在弹性限度内,弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度的比值,叫做弹簧的劲度系数。为了测量一轻弹簧的劲度系数,某同学进行了如下实验设计:如图所示,将两平行金属导轨水平固定在竖直向下的匀强磁场中,金属杆ab与导轨接触良好,水平放置的轻弹簧一端固定于O点,另一端与金属杆连接并保持绝缘。在金属杆滑动的过程中,弹簧与金属杆、金属杆与导轨均保持垂直,弹簧的形变始终在弹性限度内,通过减小金属杆与导轨之间的摩擦和在弹的形变较大时读数等方法,使摩擦对实验结果的影响可忽略不计。
请你按要求帮助该同学解决实验所涉及的两个问题。
①帮助该同学完成实验设计。请你用低压直流电源()、滑动变阻器()、电流表()、开关()设计一电路图,画在图中虚线框内,并正确连在导轨的C、D两端。
②若已知导轨间的距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,正确连接电路后,闭合开关,使金属杆随挡板缓慢移动,当移开挡板且金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I1,记下金属杆的位置,断开开关,测出弹簧对应的长度为x1;改变滑动变阻器的阻值,再次让金属杆静止时,测出通过金属杆的电流为I2,弹簧对应的长度为x2,则弹簧的劲度系数k=__________.
【答案与解析】
(1)①设计的电路如图。(只要电路能正常工作且电流表测量的是通过ab的电流,电路设计就算正确。)(3分)
②(3分)
5.2005江苏省物理卷第11题(10分)某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验.他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上砝码,并逐个增加砝码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重力加速度g=9.8m/s2)

砝码质量
m/10g
01.002.003.004.005.006.007.00
标尺刻度
x/10m
15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50

(1)根据所测数据,在答题卡的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度底与砝码质量的关系曲线.
(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律.这种规格弹簧的劲度系数为N/m.
05江苏省11.【答案】1.(1)
(2)25.0
6.①某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系,方案如图所示.他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为减小这种做法带来的误差,实验中要采取的两项措施是:
a
b

②如图所示是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是计数点,相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打B点时的速度为;要验证合外力的功与动能变化间的关系,测得位移和速度后,还要测出的物理量有

答案:①a平衡摩擦力2分
b钩码的重力远小于小车的总重力2分
(或者:钩码的质量远远小于小车的质量;答m钩《M车同样给分)
②2分
钩码的质量m,小车的质量M.2分

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20xx高考物理大一轮复习实验02探究弹力和弹簧伸长的关系学案新人教版


实验02探究弹力和弹簧伸长的关系
(对应学生用书P29)
一、实验目的
1.探究弹力与弹簧伸长量的定量关系.
2.学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据.
二、实验原理
弹簧受到拉力会伸长,平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等;弹簧的伸长越大,弹力也就越大.
三、实验器材
铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸
四、实验步骤
1.安装实验仪器
2.测量弹簧的伸长(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表作出记录,要尽可能多测几组数据
3.根据所测数据在坐标纸上描点,以力为纵坐标,以弹簧的伸长为横坐标.
4.按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同.
某同学利用如图(a)装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.
(1)在安装刻度尺时,必须使刻度尺保持____________状态.
(2)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线,由此图线可得该弹簧的原长x0=____________cm,劲度系数k=____________N/m.
(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤,当弹簧秤上的示数如图(c)所示时,该弹簧的长度x=__________cm.
解析:(1)弹簧是竖直的,要减小误差,刻度尺必须与弹簧平行,故刻度尺要保持竖直状态;
(2)弹簧处于原长时,弹力为零,故原长为4cm;弹簧弹力为2N时,弹簧的长度为8cm,伸长量为4cm;根据胡克定律F=kΔx,有:k=FΔx=2N0.04m=50N/m;
(3)由图(c)得到弹簧的弹力为3N,根据图(b)得到弹簧的长度为10cm.
答案:(1)竖直(2)4,50(3)10
解决本题的关键掌握弹力与弹簧伸长关系的实验步骤,会描点作图,掌握作图的方法.会从图象中分析数据,本题中先组装器材,然后进行实验,最后数据处理.伸长量等于实际长度减去原长.以纵轴表示弹簧的弹力,横轴表示弹簧的伸长量,描点作图.让尽量多的点落在直线上或分居直线两侧.根据F与x成正比关系,写出表达式.
(对应学生用书P30)
一、数据处理
1.列表法
将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的.
2.图象法
以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线,是一条过坐标原点的直线.
3.函数法
弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系.
二、注意事项
1.不要超过弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过分拉伸,超过弹簧的弹性限度.
2.尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据.
3.观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所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连接这些点.
4.统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.
三、误差分析
1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差.
2.画图时描点及连线不准确也会带来误差.
某同学在探究弹力和弹簧伸长的关系,并测定弹簧的劲度系数k.
主要实验步骤如下:将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将毫米刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好指在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针的指示值记作L0;弹簧下端挂一个砝码时,指针的指示值记作L1;弹簧下端挂两个砝码时,指针的指示值记作L2……;挂七个砝码时,指针的位置如图所示,指针的指示值记作L7.
已知每个砝码的质量均为50g,测量记录表:
代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7
刻度数值/cm1.703.405.106.858.6010.3012.10
(1)实验中,L7的值还未读出,请你根据上图将这个测量值填入记录表中.
(2)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,分别计算出了四个差值:d1=L4-L0,d2=L5-L1,d3=L6-L2,d4=L7-L3.
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=____________.
(3)计算弹簧的劲度系数k=____________N/m.(g取9.8m/s2).
解析:(1)尺的最小分度值为1mm,刻度尺读数:L7=14.05cm
(2)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=d1+d2+d3+d44×4=d1+d2+d3+d416,其中d1=L4-L0=4ΔL,d2=L5-L1=4ΔL,d3=L6-L2=4ΔL,d4=L7-L3=4ΔL
(3)根据胡克定律有:m0g=kL,充分利用测量数据,k=ΔFΔx=0.05×9.81.75×10-2=28N/m
答案:(1)14.05(14.03~14.07均可)
(2)d1+d2+d3+d416(3)28
(对应学生用书P31)
本实验一般是在教材实验原理的基础上设计新情景进行考查,因此,要在教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题.
高考考情演变
装置时
代化
甲乙丙
求解智
能化1.弹力的获得:弹簧竖直悬挂,重物的重力作为弹簧的拉力,存在弹簧自重的影响→弹簧水平使用,重物的重力作为弹簧的拉力,消除了弹簧自重的影响.
2.图象的获得:由坐标纸作图得F-x图象→由传感器和计算机输入数据直接得F-x图象
橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,弹力F与伸长量x成正比,即F=kx,k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关,理论与实践都表明k=YSL,其中Y是一个由材料决定的常数,材料力学上称之为杨氏模量.
(1)在国际单位制中,杨氏模量Y的单位应该是()
A.NB.m
C.N/mD.Pa
(2)有一段横截面是圆形的橡皮筋,应用如图所示的实验装置可以测量出它的杨氏模量Y的值.首先利用测量工具a测得橡皮筋的长度L=20.00cm,利用测量工具b测得橡皮筋未受到拉力时的直径D=4.000mm,那么测量工具a应该是____________,测量工具b应该是__________
(3)下面的表格是橡皮筋受到的拉力F与伸长量x的实验记录.
拉力F/N510152025
伸长量x/cm1.63.24.76.48.0
请作出F-x图象,由图象可求得该橡皮筋的劲度系数k=____________N/m.
(4)这种橡皮筋的Y值等于__________
解析:(1)在弹性限度内,弹力F与伸长量x成正比,F=kx,由题意可知k=YSL,则F=kx=YSLx,解得杨氏模量Y=FLxS,各物理量取国际单位得杨氏模量的单位是N/m2=Pa,选项D正确.
(2)根据精度判断可知a为毫米刻度尺,b为螺旋测微器.
(3)根据表格数据,描点、连线,可得F-x图象如图所示.根据斜率的物理意义表示劲度系数k,可知k=Fx≈312.5N/m.
(4)根据Y=kLS求得,Y≈4.98×106Pa.
答案:(1)D(2)毫米刻度尺螺旋测微器(3)见解析图312.5(4)4.98×106Pa
减小实验误差的两种方法
本实验的系统误差来自弹簧的重力,所以改进实验的思路应该是尽可能减小弹簧自重的影响:
(1)一个方案是选择劲度系数较小的轻弹簧,通过减小读数的相对误差来提高实验的精确度.
(2)另一个方案是利用传感器:将弹簧水平放置,一端固定在传感器上,对弹簧施加变化的作用力(推力或拉力)时,得到对应的弹簧形变量.
1.(20xx全国卷Ⅱ)某实验小组探究弹簧的劲度系数k与其长度(圈数)的关系.实验装置如图(a)所示:一均匀长弹簧竖直悬挂,7个指针P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6分别固定在弹簧上距悬点0、10、20、30、40、50、60圈处;通过旁边竖直放置的刻度尺,可以读出指针的位置,P0指向0刻度.设弹簧下端未挂重物时,各指针的位置记为x0;挂有质量为0.100kg的砝码时,各指针的位置记为x.测量结果及部分计算结果如下表所示(n为弹簧的圈数,取重力加速度为9.80m/s2).已知实验所用弹簧总圈数为60,整个弹簧的自由长度为11.88cm.
图(a)

P1P2P3P4P5P6
x0(cm)2.044.066.068.0510.0312.01
x(cm)2.645.267.8110.3012.9315.41
n102030405060
k(N/m)163①56.043.633.828.8
1k(m/N)
0.0061②0.01790.02290.02960.0347
(1)将表中数据补充完整:①____________,②__________
(2)以n为横坐标,1k为纵坐标,在图(b)中给出的坐标纸上画出1k-n图象.
图(b)
(3)图(b)中画出的直线可近似认为通过原点.若从实验中所用的弹簧截取圈数为n的一段弹簧,该弹簧的劲度系数k与其圈数n的关系的表达式为k=____________N/m;该弹簧的劲度系数k与其自由长度l0(单位为m)的关系的表达式为k=____________N/m.
解析:(1)①k=mgΔx2=0.1×9.80N5.26-4.06×10-2m≈81.7N/m;
1k=181.7m/N≈0.0122m/N.
(2)描点法,画一条直线,让大部分的点都落在直线上,或均匀分布在直线两侧.
(3)设直线的斜率为a,则有1k=an,即k=1a1n,通过计算斜率即可求得k=1.75×103n;弹簧共60圈,则有n=60l00.1188,把其代入k=1a1n中可求得k=3.47l0.
答案:(1)①81.7②0.0122
(2)1k-n图象如图所示
(3)1.75×103n在1.67×103n~1.83×103n之间均可
3.47l0在3.31l0~3.62l0之间均可
2.(20xx广东卷)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系.
(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧.弹簧轴线和刻度尺都应在____________方向(填“水平”或“竖直”).
(2)弹簧自然悬挂,待弹簧____________时,长度记为L0;弹簧下端挂上砝码盘时,长度记为Lx;在砝码盘中每次增加10g砝码,弹簧长度依次记为L1至L6,数据如下表:
代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6
数值/cm25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30
表中有1个数值记录不规范,代表符号为__________由表可知所用刻度尺的最小分度为__________
(3)下图是该同学根据表中数据作的图象,纵轴是砝码的质量,横轴是弹簧长度与____________的差值.(填“L0”或“Lx”)
(4)由图可知弹簧的劲度系数为____________N/m;通过图和表可知砝码盘的质量为____________g(结果保留两位有效数字,重力加速度取9.8m/s2).
解析:(1)弹簧受砝码盘和砝码竖直方向的拉力,所以测量弹簧的长度时,为减小误差,弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向.
(2)只有当弹簧稳定时,刻度尺读数才准确.题中数据L3只保留了小数点后1位,应与其他数据保持一致,保留2位,所以L3记录不规范.数据小数点后的第1位为精确值,第2位为估读值,所以刻度尺的最小分度为1mm.
(3)根据胡克定律可知ΔF=mg=kx,即新增加砝码的质量m(或重力mg)应与引起的相应形变量x成正比,也与题图相符合,所以x=L-Lx.
(4)题图mx图象中,图象的斜率为kg=0.5,即弹簧的劲度系数k=4.9N/m.砝码盘的质量m0满足m0g=k(Lx-L0),代入数据解得m0=10g.
答案:(1)竖直(2)稳定L31mm(3)Lx
(4)4.910
3.(20xx浙江卷)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时,某同学把两根弹簧如图甲所示连接起来进行探究.
甲乙
(1)某次测量如图乙所示,指针读数为____________cm.
(2)在弹性限度内,将50g的钩码逐个挂在弹簧下端,得到指针A、B的示数LA和LB见下表.用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为____________N/m(重力加速度g=10m/s2).由表中数据____________(填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数.
钩码数1234
LA/cm15.7119.7123.6627.76
LB/cm29.9635.7641.5147.36
解析:(1)毫米刻度尺应估读到mm的下一位,读数为16.00cm.
(2)由F=kx得k=ΔFΔx=3mgLA4-LA1=12.45N/m.
由ΔLB=ΔLA+Δx可得弹簧Ⅱ的形变量,由k=ΔFΔx=mgΔLB-ΔLA,也可解得弹簧Ⅱ的劲度系数.
答案:(1)16.00(15.95~16.05),有效数字位数正确
(2)12.45(12.2~12.8)能

高考物理实验复习探究动能定理教案


实验5、探究动能定理在(恒力做功与物体动能变化的关系)
(课程标准教科书物理必修2第16~18页:探究功与物体速度的变化的关系)
图1
如图1,物体沿斜面加速下滑,两个图象同时画出,如图2、图3.
图2
图3
图2表示物体的动能随时间变化的规律,图3表示物体的重力势能随时间变化的规律,也就是重力所做的功,因为物体在沿斜面下滑的过程中,只有重力做功(只受重力和支持力,二支持力不做功),所以重力做的功就是合力做的功,而重力势能的变化等于重力做的功,所以重力势能的变化等于合力做的功。
比较图2和图3,物体动能的增加等于重力势能的减少,例如从0到1s,动能的增加为(见图2),重力势能的减少为,两者相等。
所以,物体动能的增加等于合力做的功。
如图4图5、图6。
图4
图5
从图5可以根据算出合力做的功:。
图6
从图6可以看出物体动能的变化:.
合力做的功为等于物体动能的变化,误差为。
位移随时间变化的图线如图7,
图7
动能随时间变化的图线如图8,
图8
以上两个图线非常相似。因为时动能为0,所以任意时刻动能的值等于动能的变化值;而力与位移的积就是功,由于力是恒量,所以功的图象应与位移的图象相似,那么动能的变化的图象就与功的图象相似了。

利用数据显示方法测出4组数据(显示方法如图9所示):合力F,水平位移x,速度v和动能EK,然后输入到Excel中,用公式(因为斜面的倾斜角为300)算出位移s,用公式算出功,然后画出W-Ek图象如图10。
图9

FxsWvEk
13.800000
13.80.02510.0289830.3999650.530.39
13.80.0290.0334860.4621110.560.45
13.80.0940.1085421.4978771.031.49
13.80.210.2424873.3463211.543.34
13.80.360.4156925.736552.015.68
13.80.490.5658037.8080812.357.78

数据表

图10
图10中,红的直线是动能Ek与功的关系,是直线,该直线的斜率为,近似为1,说明合力对物体做的功等于物体动能的变化,即动能定理。
例1、如图所示,在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中,下列说法正确的是()
A.为减小实验误差,长木板应水平放置
B.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加
C.小车在橡皮筋拉作用下做匀加速直线运动,当橡皮筋拉恢复原长后小车做匀速运动
D.应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度

答案:BD
例22009高考安徽21.Ⅲ.(6分)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所师,实验主要过程如下:
(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……;
(2)分析打点计时器打出的纸带,求
出小车的速度、、、……;
(3)作出草图;
(4)分析图像。如果图像是一条直线,表明∝;如果不是直线,可考虑是否存在∝、∝、∝等关系。
以下关于该试验的说法中有一项不正确,它是___________。
A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……。
B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法,可以使木板适当倾斜。
C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小。
D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。

答案:D。
解析:本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度,而不整个过程的平均速度,所以D选项是错误的。
例3.利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”
2009高考广东
15.(10分)某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。如图12,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器,
记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。

(1)试验主要步骤如下:
①测量和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;
②将小车停在C点,,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度;
③在小车中增加砝码,或,重复②的操作.
(2)表1是他们测得的一组数据,期中M是M1与小车中砝码质量之和,是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。表格中的△E3=,W3=.(结果保留三位有效数字)
(3)根据表1,请在图13中的方格纸上作出△E-W图线.

答案:15.(1)①小车;②由静止开始释放小车;
③改变小车质量.
(2)0.600J,0.610J.
(3)△E-W图线如图所示

例4.2008年广东第16题:探究“动能定理”
某实验小组采用如图所示的装置探究“动能定理”,图中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为50Hz.

⑴实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,,,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
⑵图1是钩码质量为0.03kg,砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.

⑶在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,________做正功,做负功.
⑷实验小组根据实验数据绘出了图2中的图线(其中Δv2=v2-v02),根据图线可获得的结论是.要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力和.

表1纸带的测量结果
测量点S/cmr/(ms-1)
00.000.35
A1.510.40
B3.200.45
C____________
D7.150.54
E9.410.60

解析:(1)②接通电源、释放小车断开开关
(2)从尺上读数,C:6.06cm,减去O点读数1.00cm,得C点的S值5.06cm
C点速度
钩砝的重力做正功,小车受摩擦阻力做负功
小车初末速度的平方差与位移成正比,即
要验证“动能定理”,即还需要测量的物理量是摩擦力f和小车的质量M.
答案:16.(1)②接通电源、释放小车断开开关
(2)5.060.49(3)钩砝的重力小车受摩擦阻力
(4)小车初末速度的平方差与位移成正比小车的质量
例5①某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系,方案如图所示.他想用钩码的重力表示小车受到的合外力,为减小这种做法带来的误差,实验中要采取的两项措施是:
a
b

②如图所示是某次实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是计数点,相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打B点时的速度为;要验证合外力的功与动能变化间的关系,测得位移和速度后,还要测出的物理量有

答案:①a平衡摩擦力2分
b钩码的重力远小于小车的总重力2分
(或者:钩码的质量远远小于小车的质量;答m钩《M车同样给分)
②2分
钩码的质量m,小车的质量M.2分

高考物理力重力和弹力复习教案5


第二章相互作用共点力的平衡

1.本章内容是力学的基础,是贯穿于整个物理学的核心内容。本章从力的基本概念出发,通过研究重力、弹力、摩擦力,逐步认识力的物质性、矢量性、相互性,以及力在合成与分解时所遵守的平行四边形定则。
2.通过受力分析,研究物体在静态和动态两种情形下的受力情况,对物体进行受力分析是解决力学问题的基础和关键。复习时重点掌握摩擦力、受力分析、力的合成与分解、共点力的平衡等内容。难点是摩擦力和受力分析。
3.在高考中,以选择、填空形式出现较多,本单元内容与其他知识相结合的综合性试题近几年复现率为100%;试题多选用社会生产、生活和现代科技中的实际问题作为素材,使试题贴近生产,反映时代气息,培养学生的创新能力和实践能力。

第一课时力重力和弹力
【教学要求】
1.知道力是物体间的相互作用;
2.认识重力的概念;了解弹性形变的概念;
3.知道胡克定律,并用其进行简单计算。
【知识再现】
一、力的三性
1.力的基本特性:
物质性(施力物体、受力物体)、相互性、矢量性(力的三要素、力的图示、力的示意图)
2.力的作用效果:使物体产生加速度或发生形变。
3.力的分类:
(1)按性质命名的力:重力、弹力、摩擦力、电场力等;
(2)按效果命名的力:拉力、压力、动力、阻力、向心力等。

二、重力
1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力,叫重力。
2.大小:G=mg,在同一位置,G的大小与物体运动状态无关。
方向:竖直向下。
3.重心:物体各个部分受到重力的合力的作用点。重心可能在物体上也可能不在物体上。
①质量分布均匀的物体,重心位置只跟形状有关。
②质量分布不均匀的物体,重心位置跟物体形状有关,跟物体内质量的分布有关。
③用悬挂法测重心(只适合薄片状物体)。
4.重力与万有引力的关系:
重力是万有引力的一个分力。在地球两极,重力与万有引力大小相等、方向相同;在地球其它位置,重力与万有引力大小不相等、方向也不相同。

三、弹力
1.产生条件:相互接触有挤压(发生弹性形变)。
2.弹力方向:
(1)绳和弹簧的弹力方向:注意弹簧是被压缩还是被拉伸;
(2)接触面的弹力方向:点面接触、面面接触
(3)轻杆的弹力方向:
①一般情况,由物体的受力情况和运动情况决定;
②轻杆只在两端受二力平衡时,弹力沿杆的方向;
3.弹力大小的计算:
(1)弹簧弹力:F=kx
(2)微小形变产生的弹力:由物体的受力情况和运动情况决定。
知识点一力的基本性质
【应用1】关于力的作用,下列说法正确的是()
A.没有施力物体的力是不存在的
B.只有直接接触的物体之间才有力的作用
C.人推物体时,人只是施力物而不是受力物
D.一个施力物同时也是受力物
导示:AD。谈到力必然涉及两个物体:受力物体和施力物体,一个施力物同时也是受力物。力有接触力(如弹力、摩擦力),也有非接触力(如电场力、磁场力等)。
知识点二重力的大小和重心
【应用2】关于物体所受的重力,以下说法中正确的是()
A.物体只有在地面静止时才受到重力作用?
B.物体在自由下落时所受的重力小于物体在静止时所受到的重力?
C.物体在向上抛出时受到的重力大于物体在静止时所受到的重力?
D.同一物体在同一地点,不论其运动状态如何,它所受到的重力都是一样大
答案:D

【应用3】(启东中学2008届高三月考卷)如图所示,半径为R的一个飞轮的圆心在O,但它的重心不在转轴O处(转轴通过圆心O),工人师傅在飞轮边缘上的a处挖下一小块质量为Δm的金属加固到正对面的轮边缘的b处,这时飞轮的重心位置正好在O处,现由于b处加固的Δm这块金属已脱落丢失,又使得飞轮的重心不在O处,工人师傅决定再在a处挖去一小块质量的金属,不用加固到b处,这样也能将飞轮的重心调到O处,问再挖去的一小块金属的质量为多少?
导示:b处加固的Δm没有丢失时,飞轮的重心在O,现设想在a、b两处都拿走了△m的质量,由于a、b两处相对圆心O对称,因而飞轮的重心仍在O处,由此可知,在b处丢失△m的质量后,只要在a处再挖去Δm的质量就可以了。
关于重力的大小应注意其决定因素是物体的质量和g值,与其他受力因素及运动因素无关。重力的测量应注意使物体处于平衡位置。重心的测定通常用悬挂法,利用对称性求解。

类型一弹力的有无及方向的确定
【例1】请在下图中画出图A、B中的杆和C、D、E、F中的球所受的弹力。
导示:如图所示

(1)弹力有无的判定:A.“假设法”分析,即假设弹力存在,看假设的结果是否符合物体的运动状态;还可采用“撤离法”分析,即将与研究对象接触的物体一一撤去,看其运动状态是否符合物体的运动状态。
(2)弹力方向的判定:①根据弹力产生形变的方向判断:弹力方向与物体形变的方向相反,作用在迫使这个物体发生形变的那个物体上。②根据物体的运动情况,利用平衡条件或动力学规律确定。

类型二胡克定律及其应用
【例2】(山东临沂市08届高三上学期期中考试)如图甲所示,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),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()(BCD)
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200N/m
D.该弹簧受到反向压力时,劲度系数不变
导示:BCD。由图象可看出F-X图线是一条过原点的直线,说明弹簧弹力与形变量成正比,其斜率K=200N/m表示弹簧的劲度系数;劲度系数表示弹簧的一个参数,与外力无关。

1.(南京市2008届高三质量检测)下列三个力学实验中体现出的共同的物理思想方法是()

A.极限法B.放大法
C.控制变量法D.等效替代法
2.(山西省实验中学08届高三第二次月考试题)小车上固定一弯成α角的曲杆,杆的另一端固定一个质量为m的小球,当车在水平面上向右运动时,杆对小球的力()
A.一定沿杆向上B.可能水平向右
C.一定竖直向上D.可能不沿杆

3.如图所示,两个同样的弹簧秤每个自重都是0.1N,下端挂钩的重力忽略不计,甲”正挂”,乙”倒挂”,在乙的下方挂上重0.2N的砝码,则甲、乙两弹簧秤的示数分别为()
A.0.2N、0.3NB.03N、0.2N
C.0.3N、0.3ND.0.4N、0.3N

4.(2006年北大附中)如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上,杆的另一端固定一个重为2N的小球,小球处于静止状态时,弹性杆对小球的弹力()
A.大小为2N,方向平行于斜面向上
B.大小为1N,方向平行于斜面向上
C.大小为2N,方向垂直于斜面向上
D.大小为2N,方向竖直向上

5.图中a、b、c为三个物块,M、N为两个轻质弹簧,R为跨过光滑定滑轮的轻绳,它们连接如图并处于平衡状态()
A.有可能N处于拉伸状态而M处于压缩状态
B.有可能N处于压缩状态而M处于拉伸状态
C.有可能N处于不伸不缩状态而M处于拉伸状态
D.有可能N处于拉伸状态而M处于不伸不缩状态

答案:1.B2.D3.C4.D5.AD

探究形变与弹力的关系学案


3.1探究形变与弹力的关系学案(粤教版必修1)
1.形变:物体在力的作用下______发生改变的现象.
2.弹性形变:物体在形变后撤去作用力时能够完全__________的形变.
3.弹性限度:当形变超过一定的限度,撤去作用力后物体不能完全恢复__________,这个限度叫弹性限度.
4.弹力:发生__________的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的力.
5.弹力的产生条件
(1)两物体______;(2)发生____________.
6.常见弹力
平时所说的______、________和______都是弹力,绳中的弹力通常称为______.
7.弹力的方向
(1)压力和支持力的方向______于两物体的接触面.
(2)绳的拉力方向沿着绳且指向绳______的方向.
8.胡克定律
(1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与________________成正比.
(2)公式:______,其中k为弹簧的__________,单位:牛顿每米,符号:____________,它的大小反映了弹簧的软硬程度.
9.物理学中用一带有________的线段来表示力,________的方向表示力的方向,得到的图称为____________;用线段的长度表示力的大小,线段的箭头指向力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点,得到的图叫做__________.
一、弹性形变
[问题情境]
1.压缩弹簧、海绵,用手弯曲竹片,我们能明显地观察到什么现象?
2.我们用力拉弹簧直到不能再伸长会看到什么现象?
[要点提炼]
1.物体在力的作用下形状或______发生改变的现象,叫做形变.
2.物体发生形变后在撤去外力时能够恢复原状,这种形变叫做______形变.
3.弹性限度:如果形变过大,超过了一定的限度,撤去作用力后,物体就不能完全恢复原来的形状,这个限度叫做弹性限度.弹簧在使用过程中不能超过其弹性限度.
二.弹力
[问题情境]
你用扁担挑过水吗?打过弹弓吗?玩过蹦蹦床吗?练过拉力器吗?总结一下,在这些活动中你感受到了什么样的作用力?在物理学中把它们叫做什么力?
[要点提炼]
1.定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力.
2.弹力产生的条件:(1)物体直接相互________;(2)物体发生__________.
3.弹力的方向:跟物体恢复形状的方向______.
(1)一般情况:凡是支持物对物体的支持力,都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力;支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体.
(2)一般情况:凡是一根线(或绳)对物体的拉力,都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力;拉力的方向总是沿线(或绳)的方向.
(3)弹力方向的特点:由于弹力的方向跟接触面垂直,面面接触、点面接触时弹力的方向都是垂直于接触面的.
弹力的大小:与形变大小有关.一般来说形变越大,弹力越大.
三、胡克定律
[要点提炼]
1.胡克定律:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧的______________成正比,即F=kx,其中k是弹簧的劲度系数,单位的符号是N/m.
2.注意的问题
(1)胡克定律的成立是有条件的,就是弹簧发生“__________”,即必须在弹性限度内.
(2)F=kx中的x是弹簧的________,是弹簧的伸长(或缩短)的长度,而不是弹簧的长度.
(3)F=kx中的k是弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的软硬程度,大小由弹簧本身的性质决定,与弹力的大小______.
(4)在应用F=kx时,要把各物理量的单位统一到国际单位制中.
(5)公式ΔF=kΔx可作为胡克定律的推论使用,式中ΔF、Δx分别表示弹力变化量和形变变化量.
(6)判断弹簧弹力的方向时,要注意弹簧是被拉伸还是被压缩或两者均有可能,计算弹簧弹力大小的方法一般是根据胡克定律,有时也根据平衡条件来计算.
例1关于弹力的产生,下列说法正确的是()
A.只要两物体相接触就一定产生弹力
B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力
C.只要物体发生形变就一定产生弹力
D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用
听课记录

例2如图1所示,一个球放在“V”形两光滑面AC和AB上,处于静止状态,请画出球所受的弹力.
图1
变式训练1如图2所示,光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点,重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间.试画出小球所受弹力.
图2
例3竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4N的物体时弹簧长度为12cm;挂重为6N的物体时弹簧长度为13cm,则弹簧原长为______cm,劲度系数为______N/m.
听课记录
图3
变式训练2如图3所示,A、B两物体的重力分别是GA=3N,GB=4N.A用细线悬挂在顶板上,B放在水平面上,A、B间轻弹簧中的弹力F=2N,则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是()
A.5N和6NB.5N和2N
C.1N和6ND.1N和2N
图4
例4如图4所示,叠放的物体A、B静止于水平地面上,物体A对物体B的压力是10N,试画出这个力的图示和示意图.
图5
例5如图5所示,一个质量分布均匀的球放在互成120°角的两块光滑平面之间,保持静止状态,球与水平面AB相切于a点,与倾斜面AC相切于b点,试分析球的受力情况,画出球的受力示意图.
图6
变式训练3如图6所示,一小球用两根轻绳挂于天花板上,小球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直,则小球所受的作用力有()
A.1个B.2个
C.3个D.4个
【即学即练】
1.下列有关弹力的一些说法中,正确的是()
A.只有弹簧才有可能施加弹力
B.施加弹力的物体一定有形变
C.墨水瓶放在课桌上,墨水瓶对课桌施加了弹力,但墨水瓶并没发生形变
D.压力就是竖直向下压的力
2.将一本书放在水平桌面上静止,则下面说法中正确的是()
A.书对桌面的压力就是书受的重力,施力物体是地球
B.书对桌面的压力是弹力,在数值上等于书受的重力
C.书对桌面的压力是弹力,是由于书发生形变而产生的
D.书能静止,是由于书的重力大于桌面对书的支持力
3.下列叙述中错误的是()
A.压力、支持力和拉力都是弹力
B.压力和支持力的方向总垂直于接触面
C.轻绳、轻杆上产生的弹力总是在沿绳、杆的直线上
D.轻杆不同于轻绳,弹力的方向可以不在沿杆的直线上
4.画出图中小球或杆所受弹力的示意图.
参考答案
课前自主学习
1.形状2.恢复原状3.原来的形状
4.弹性形变5.(1)接触(2)弹性形变
6.压力支持力拉力张力
7.(1)垂直(2)收缩
8.(1)弹簧的伸长(或缩短)量x(2)F=kx劲度系数N/m
9.箭头箭头力的示意图力的图示
核心知识探究
一、
[问题情境]
1.观察到形状或体积发生了改变.
2.弹簧被拉直后不能恢复原长.
[要点提炼]
1.体积2.弹性
二、
[问题情境]
它们是压力、拉力、支持力等,都是接触力,在物理学中叫弹力.日常生活中,推、拉、提、压是弹力常见的表现形式.
[要点提炼]
2.(1)接触(2)弹性形变3.相同
三、
[要点提炼]
1.伸长(或缩短)量x
2.(1)弹性形变(2)形变量(3)无关
解题方法探究
例1D
例2如下图所示.
解析由于球受到竖直向下的重力作用,一定与AB面和AC面相互挤压,所以球一定受到两斜面的弹力作用,弹力的方向与斜面形变的方向相反,分别垂直于AB面和AC面指向球体.
此题也可以用假设法判断,假设去掉其中一个斜面则球都不能静止,由此可知两斜面对球都有弹力作用.
变式训练1如图所示.
解析由于弹力的方向总是垂直于接触面,在A点,弹力F1应该垂直于球面,所以沿半径方向指向球心O;在B点弹力F2垂直于墙面,因此也沿半径指向球心O.
例310200
解析弹簧下端悬挂物体时弹簧要伸长,由胡克定律得知:弹簧的拉力与弹簧伸长量成正比,即F=kx,其中k为劲度系数,x为弹簧伸长量,x在数值上等于伸长后总长度L减去原长L0,即x=L-L0.改变悬挂重物的重力,伸长量变化,这样可以列出两个方程,通过方程组可求出弹簧原长和劲度系数.
设弹簧的原长为L0,劲度系数为k,设挂G1=4N的重物时弹簧的长度为L1,挂G2=6N的重物时弹簧的长度为L2,则L1=12cm,L2=13cm,由胡克定律得:
G1=k(L1-L0)
G2=k(L2-L0)
代入数据解得:L0=10cm,k=200N/m
即弹簧原长为10cm,劲度系数为200N/m.
变式训练2BC
例4见解析
解析(1)画力的图示:
①选定标度:此题用2mm长的线段表示2N的力.
②从作用点沿力的方向画一线段,线段长短根据选定的标度和力的大小成正比,线段上加刻度,如图甲所示,也可以如图乙所示,从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段五倍于标度(即10mm)的线段;
③在线段上加箭头表示力的方向.
(2)画力的示意图:从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段,并加上箭头,表示方向,然后标明FN=10N即可,如图丙所示.
例5见解析
解析解法一放在水平面上的球,由于受到重力的作用而挤压水平面,使水平面和球同时发生微小形变.水平面AB由于发生微小的压缩形变后要恢复原状,对球产生垂直于水平面向上的弹力Fa.球与倾斜面AC相切于b点,球是否受到AC面对它的弹力作用呢?假设把AC面轻轻地从左侧拆除,将观察到球仍保持静止状态.现球与AC面虽然在b点接触,但不相互挤压,不发生形变,故AC面对球没有弹力作用.综上所述,球受到重力G和水平面AB对它的支持力Fa两个力的作用,保持静止状态,满足二力平衡的条件,Fa=G,受力示意图如图甲所示.
甲乙
解法二假设法
假设所有与研究对象接触的物体都施加了弹力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与原有状态是否矛盾.若矛盾,说明假设不正确,则两者间无弹力产生;若不矛盾,说明假设正确,则有弹力产生.现用这种思路再分析上例.假设AC面和水平面AB对球体都产生弹力,分别为Fb和Fa.对球体进行受力分析如图乙所示.由图可知,Fb的存在显然不能使球体处于静止状态,与题设条件(球体静止)相矛盾.故AC面对球体无弹力.
变式训练3B
即学即练
1.B2.BC3.C
4.如图所示