高中物理 第3章 相互作用 第2節(jié) 形變與彈力（第2課時）實驗探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系課件 魯科版必修1.ppt

第2課時 實驗:探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系,填一填,一、實驗?zāi)康?1.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系。 2.學(xué)會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。 3.驗證胡克定律。 二、實驗原理 1.用懸掛法測量彈簧的彈力F。 彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時,彈力大小與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等,在彈簧下端懸掛不同的鉤碼個數(shù),并分別求出重力,從而得到彈簧彈力。 2.測出彈簧的伸長量x。 彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出,其伸長量可以用彈簧的長度減去原長來求得。,填一填,3.探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系。 建立坐標系,以縱坐標表示彈力大小F,以橫坐標表示彈簧的伸長量x,在坐標系中描出實驗所測得的各組(x,F)對應(yīng)的點,用平滑的曲線連接起來,根據(jù)實驗所得的圖線,就可探知彈力大小與伸長量間的關(guān)系。 4.求彈簧的勁度系數(shù)。 彈簧的彈力F與其伸長量x成正比,比例系數(shù) 即為彈簧的勁度系數(shù);另外,在F-x圖象中直線的斜率也等于彈簧的勁度系數(shù)。 三、實驗器材 鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。,填一填,四、實驗步驟 1.按圖安裝實驗裝置,記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度l0。 2.在彈簧下端懸掛一個鉤碼,平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力。 3.增加鉤碼的個數(shù),重復(fù)上述實驗過程,將數(shù)據(jù)填入表格,以F表示彈力,l表示彈簧的總長度,x=l-l0表示彈簧的伸長量。,填一填,五、數(shù)據(jù)處理 1.以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,用描點法作圖。連接各點,得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線,如圖所示。 2.以彈簧伸長量為自變量,寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關(guān)系,函數(shù)表達式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù),這個常數(shù)也可據(jù)F-x圖線的斜率求解,填一填,六、注意事項 1.所掛鉤碼不要過重,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度。 2.每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使坐標上描的點盡可能稀一些,這樣作出的圖線精確。 3.測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大誤差。 4.描點畫線時,所描的點不一定都落在一條曲線上,但應(yīng)注意一定要使各點均勻分布在曲線的兩側(cè)。 5.記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。 七、誤差分析 由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作,存在較大的測量誤差,另外由于彈簧自身的重力的影響,即當(dāng)未放重物時,彈簧在自身重力的作用下,已經(jīng)有一個伸長量,這樣所作圖線往往不過原點。,探究一,探究二,實驗步驟及誤差分析 【例題1】 導(dǎo)學(xué)號93960048 如圖所示,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。 (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 。,探究一,探究二,(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,以彈力為縱坐標,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,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: 。,探究一,探究二,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、彈簧所受外力與對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度);(3)根據(jù)完成實驗的合理性可知,先后順序為CBDAEFG。 答案:(1)刻度尺 (2)彈簧原長、彈簧所受外力及對應(yīng)的伸長量(或與彈簧對應(yīng)的長度) (3)CBDAEFG,探究一,探究二,變式訓(xùn)練1 (多選)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實驗中,以下說法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度 B.用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力,應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài) C.用直尺測量彈簧的長度即為彈簧的伸長量 D.用幾個不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得出拉力與伸長量之比相等 解析:彈簧的伸長量是指彈簧伸長后的長度減去彈簧的原長,故選項C錯誤;對于同一個彈簧,其拉力與伸長量的比值,在彈性限度內(nèi)相等,對于不同的彈簧,拉力與伸長量的比值不一定相同,故選項D錯誤。所以正確選項為A、B。 答案:AB,探究一,探究二,探究一,探究二,實驗原理和數(shù)據(jù)處理 【例題2】 導(dǎo)學(xué)號93960049某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中,設(shè)計了如圖所示的實驗裝置。所用的鉤碼每只的質(zhì)量都是50 g,他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將6個鉤碼逐個掛在彈簧的下端,每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度,將數(shù)據(jù)填在了表中。(彈力始終未超過彈性限度,g取10 N/kg),探究一,探究二,(1)試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在給定的坐標紙上作出彈簧所受彈力大小F跟彈簧伸長量x的關(guān)系圖象。,(2)根據(jù)圖象可知彈簧的勁度系數(shù)k= N/m。(保留三位有效數(shù)字),探究一,探究二,解析:(1)根據(jù)x=l-l0,算出各彈力所對應(yīng)的伸長量如表所示: 以彈力F為縱坐標,伸長量x為橫坐標,在坐標系中標出各伸長量下的彈力所對應(yīng)的點,用平滑的曲線將各個點連接所得F-x圖象如圖所示。,探究一,探究二,(2)F-x圖象的斜率等于勁度系數(shù),由圖象知圖線是一條過原點的直線,當(dāng)F=3.0 N時彈簧形變量x=0.48 m,故 N/m=6.25 N/m。 答案:(1)見解析 (2)6.25,探究一,探究二,變式訓(xùn)練2 (2011·安徽理綜)為了測量某一彈簧的勁度系數(shù),將該彈簧豎直懸掛起來,在自由端掛上不同質(zhì)量的砝碼。實驗測出了砝碼質(zhì)量m與彈簧長度l的相應(yīng)數(shù)據(jù),其對應(yīng)點已在圖上標出。(g取9.8 N/kg) (1)作出m-l的關(guān)系圖線。 (2)彈簧的勁度系數(shù)為 N/m。,探究一,探究二,解析:(1)畫一條直線盡量通過較多的點,如答案中圖。 (2)在畫出的圖象上選取較遠的兩點,用于計算勁度系數(shù)。 選(11.5,0.75)及(19.0,2.75)兩點,有 答案:(1)如圖所示 (2)0.261(0.2480.262均可),探究一,探究二,1 2 3 4 5,1.(多選)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中關(guān)于操作步驟的先后順序,下列說法正確的是( ) A.先測量原長,后豎直懸掛 B.先豎直懸掛,后測量原長 C.先后順序?qū)嶒灲Y(jié)果無影響 D.先后順序?qū)嶒灲Y(jié)果的影響程度取決于彈簧的自重 解析:由于彈簧自身有重力,懸掛時的長度大于水平放置時的長度,所以測量其豎直懸掛時的長度為彈簧原長,故選B、D。 答案:BD,1 2 3 4 5,2.一個實驗小組在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的實驗中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力與彈簧長度關(guān)系的圖象如圖所示。下列表述正確的是( ) A.a的原長比b的長 B.a的勁度系數(shù)比b的大 C.a的勁度系數(shù)比b的小 D.測得的彈力與彈簧的長度成正比 解析:圖象的橫軸截距表示彈簧的原長,選項A錯誤;圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù),選項B正確,C錯誤;圖象不過原點,選項D錯誤。 答案:B,1 2 3 4 5,3.如圖甲所示,一個彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連。對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時,在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關(guān)系圖象(圖乙)。下列判斷錯誤的是( ) A.彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比 B.彈簧長度的增加量與對應(yīng)的彈力增加量成正比 C.該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/m D.該彈簧受到反向壓力時,勁度系數(shù)不變,1 2 3 4 5,解析:由題圖知,F-x圖線是一個過原點的直線,k= N/m=200 N/m,可知選項A錯誤,B、C、D正確。 答案:A,1 2 3 4 5,4.在“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系,并測定彈簧的勁度系數(shù)”的實驗中,實驗裝置如圖甲所示。所用的每個鉤碼的重力相當(dāng)于對彈簧提供了向右恒定的拉力。實驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端,每次測出相應(yīng)的彈簧總長度。,1 2 3 4 5,(1)有一個同學(xué)通過以上實驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標系圖乙中,請作出F-L圖線。 (2)由此圖線可得出該彈簧的原長L0= cm,勁度系數(shù)k= N/m。,1 2 3 4 5,(3)試根據(jù)該同學(xué)以上的實驗情況,幫助他設(shè)計一個記錄實驗數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實驗測得的具體數(shù)據(jù))。 (4)該同學(xué)實驗時,把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較,優(yōu)點在于 , 缺點在于 。 解析:(1)F-L圖線如圖所示:,1 2 3 4 5,(2)彈簧的原長L0即彈力為零時彈簧的長度,由圖象可知L0=5×10-2 m=5 cm。 勁度系數(shù)為圖象直線部分的斜率k=20 N/m。 (3)記錄數(shù)據(jù)的表格如下表 (4)優(yōu)點:可以避免彈簧自身重力對實驗的影響。 缺點:彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪嶒炚`差。 答案:(1)見解析圖 (2)5 20 (3)(4)見解析,1 2 3 4 5,5.一位同學(xué)做“探究彈簧伸長量與彈力的關(guān)系”的實驗,下表是這位同學(xué)探究彈簧伸長量與彈力之間的關(guān)系時所測出的幾組數(shù)據(jù): (1)算出每一次的彈簧伸長量,并將結(jié)果填在上表的空格內(nèi)。,1 2 3 4 5,(2)在如圖所示的坐標紙上作出F-x圖線。 (3)寫出圖線的函數(shù)表達式: 。,1 2 3 4 5,解析:(1)彈簧后來長度減去原長為彈簧伸長量,得出數(shù)據(jù)填入表格如下:,1 2 3 4 5,(2)選定坐標軸標度后,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描點、連線,所得圖線如圖所示。 (3)由圖線求得其斜率為42 N/m,所以圖線的函數(shù)表達式為F=42x(N)。 答案:(1)(2)見解析 (3)F=42x(N),