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

第2課時(shí) 實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系,填一填,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。 2.學(xué)會(huì)利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3.驗(yàn)證胡克定律。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1.用懸掛法測(cè)量彈簧的彈力F。 彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時(shí),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(gè)數(shù),并分別求出重力,從而得到彈簧彈力。 2.測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量x。 彈簧的原長(zhǎng)與掛上鉤碼后彈簧的長(zhǎng)度可以用刻度尺測(cè)出,其伸長(zhǎng)量可以用彈簧的長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)來求得。,填一填,3.探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系。 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。 4.求彈簧的勁度系數(shù)。 彈簧的彈力F與其伸長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)器材 鐵架臺(tái)、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙。,填一填,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.按圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0。 2.在彈簧下端懸掛一個(gè)鉤碼,平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度并記下鉤碼的重力。 3.增加鉤碼的個(gè)數(shù),重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度,x=l-l0表示彈簧的伸長(zhǎng)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(biāo),以彈簧的伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn),得出彈力F隨彈簧伸長(zhǎng)量x變化的圖線,如圖所示。 2.以彈簧伸長(zhǎng)量為自變量,寫出彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的函數(shù)關(guān)系,函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù),這個(gè)常數(shù)也可據(jù)F-x圖線的斜率求解,填一填,六、注意事項(xiàng) 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(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀一些,這樣作出的圖線精確。 3.測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時(shí)測(cè)量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大誤差。 4.描點(diǎn)畫線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在一條曲線上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在曲線的兩側(cè)。 5.記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。 七、誤差分析 由于彈簧原長(zhǎng)及伸長(zhǎng)量的測(cè)量都不便于操作,存在較大的測(cè)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(shí),彈簧在自身重力的作用下,已經(jīng)有一個(gè)伸長(zhǎng)量,這樣所作圖線往往不過原點(diǎn)。,探究一,探究二,實(shí)驗(yàn)步驟及誤差分析 【例題1】 導(dǎo)學(xué)號(hào)93960048 如圖所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)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(zhǎng)量的關(guān)系。 (1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)驗(yàn)器材有 。 (2)實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有 。,探究一,探究二,(3)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下: A.以彈簧伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F)對(duì)應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來; B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0; C.將鐵架臺(tái)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(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)鉤碼,分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對(duì)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(zhǎng)量為自變量,寫出彈力與伸長(zhǎng)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(dá)式中常數(shù)的物理意義; G.整理儀器。 請(qǐng)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(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測(cè)量彈簧原長(zhǎng)和形變量;(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有彈簧的原長(zhǎng)、彈簧所受外力與對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度);(3)根據(jù)完成實(shí)驗(yàn)的合理性可知,先后順序?yàn)镃BDAEFG。 答案:(1)刻度尺 (2)彈簧原長(zhǎng)、彈簧所受外力及對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量(或與彈簧對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)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(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,以下說法正確的是( ) A.彈簧被拉伸時(shí),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(cè)量彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧的伸長(zhǎng)量 D.用幾個(gè)不同的彈簧,分別測(cè)出幾組拉力與伸長(zhǎng)量,得出拉力與伸長(zhǎng)量之比相等 解析:彈簧的伸長(zhǎng)量是指彈簧伸長(zhǎng)后的長(zhǎng)度減去彈簧的原長(zhǎng),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;對(duì)于同一個(gè)彈簧,其拉力與伸長(zhǎng)量的比值,在彈性限度內(nèi)相等,對(duì)于不同的彈簧,拉力與伸長(zhǎng)量的比值不一定相同,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。所以正確選項(xiàng)為A、B。 答案:AB,探究一,探究二,探究一,探究二,實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理 【例題2】 導(dǎo)學(xué)號(hào)93960049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,設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。所用的鉤碼每只的質(zhì)量都是50 g,他先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將6個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在彈簧的下端,每次都測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)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(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F跟彈簧伸長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)量如表所示: 以彈力F為縱坐標(biāo),伸長(zhǎng)量x為橫坐標(biāo),在坐標(biāo)系中標(biāo)出各伸長(zhǎng)量下的彈力所對(duì)應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線將各個(gè)點(diǎn)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(diǎn)的直線,當(dāng)F=3.0 N時(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)測(cè)出了砝碼質(zhì)量m與彈簧長(zhǎng)度l的相應(yīng)數(shù)據(jù),其對(duì)應(yīng)點(diǎn)已在圖上標(biāo)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(diǎn),如答案中圖。 (2)在畫出的圖象上選取較遠(yuǎn)的兩點(diǎn),用于計(jì)算勁度系數(shù)。 選(11.5,0.75)及(19.0,2.75)兩點(diǎn),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(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中關(guān)于操作步驟的先后順序,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)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(shí)的長(zhǎng)度大于水平放置時(shí)的長(zhǎng)度,所以測(cè)量其豎直懸掛時(shí)的長(zhǎng)度為彈簧原長(zhǎng),故選B、D。 答案:BD,1 2 3 4 5,2.一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,使用兩條不同的輕質(zhì)彈簧a和b,得到彈力與彈簧長(zhǎng)度關(guān)系的圖象如圖所示。下列表述正確的是( ) A.a的原長(zhǎng)比b的長(zhǎng) 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(cè)得的彈力與彈簧的長(zhǎng)度成正比 解析:圖象的橫軸截距表示彈簧的原長(zhǎng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;圖象的斜率表示彈簧的勁度系數(shù),選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;圖象不過原點(diǎn),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:B,1 2 3 4 5,3.如圖甲所示,一個(gè)彈簧一端固定在傳感器上,傳感器與電腦相連。對(duì)彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時(shí),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(cuò)誤的是( ) A.彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長(zhǎng)度成正比 B.彈簧長(zhǎng)度的增加量與對(duì)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(shí),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(gè)過原點(diǎn)的直線,k= N/m=200 N/m,可知選項(xiàng)A錯(cuò)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(zhǎng)量的關(guān)系,并測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。所用的每個(gè)鉤碼的重力相當(dāng)于對(duì)彈簧提供了向右恒定的拉力。實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度,再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端,每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度。,1 2 3 4 5,(1)有一個(gè)同學(xué)通過以上實(shí)驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)系圖乙中,請(qǐng)作出F-L圖線。 (2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)情況,幫助他設(shè)計(jì)一個(gè)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格(不必填寫其實(shí)驗(yàn)測(cè)得的具體數(shù)據(jù))。 (4)該同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí),把彈簧水平放置與彈簧懸掛放置相比較,優(yōu)點(diǎn)在于 , 缺點(diǎn)在于 。 解析:(1)F-L圖線如圖所示:,1 2 3 4 5,(2)彈簧的原長(zhǎng)L0即彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)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(diǎn):可以避免彈簧自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。 缺點(diǎn):彈簧與桌面及繩子與滑輪間存在的摩擦?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)誤差。 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(zhǎng)量與彈力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),下表是這位同學(xué)探究彈簧伸長(zhǎng)量與彈力之間的關(guān)系時(shí)所測(cè)出的幾組數(shù)據(jù): (1)算出每一次的彈簧伸長(zhǎng)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(biāo)紙上作出F-x圖線。 (3)寫出圖線的函數(shù)表達(dá)式: 。,1 2 3 4 5,解析:(1)彈簧后來長(zhǎng)度減去原長(zhǎng)為彈簧伸長(zhǎng)量,得出數(shù)據(jù)填入表格如下:,1 2 3 4 5,(2)選定坐標(biāo)軸標(biāo)度后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)、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(dá)式為F=42x(N)。 答案:(1)(2)見解析 (3)F=42x(N),