高中物理 第3章 相互作用 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系课件 新人教版必修1

1、实验探究弹力和弹簧伸长的关系实验探究弹力和弹簧伸长的关系实验探究实验探究实验基础实验基础典例研习典例研习实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华实验探究实验探究 探寻结论探寻结论提升精度提升精度一、数据处理一、数据处理1.1.以弹力以弹力F(F(大小等于所挂钩码的重力大小等于所挂钩码的重力) )为纵坐标为纵坐标, ,以弹簧的伸长量以弹簧的伸长量x x为横坐为横坐标标, ,用描点法作图用描点法作图, ,得出弹力得出弹力F F随弹簧伸长量随弹簧伸长量x x变化的图线变化的图线. .二、误差分析二、误差分析产生原因产生原因减小方法减小方法偶然误差偶然误差读数、作图误差读数、作图误差(1)(

2、1)多次测量多次测量(2)(2)所挂钩码的质量差适当大些所挂钩码的质量差适当大些系统误差系统误差弹簧自重弹簧自重选轻弹簧选轻弹簧三、注意事项三、注意事项1.1.所挂钩码不要过重所挂钩码不要过重, ,以免弹簧被过分拉伸以免弹簧被过分拉伸, ,超出它的弹性限度超出它的弹性限度. .2.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些每次所挂钩码的质量差尽量大一些, ,从而使坐标上描的点尽可能稀一些从而使坐标上描的点尽可能稀一些, ,这样作出的图线准确这样作出的图线准确. .3.3.测弹簧长度时测弹簧长度时, ,一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量, ,刻度尺刻度尺要保

3、持竖直并靠近弹簧要保持竖直并靠近弹簧, ,以免增大读数误差以免增大读数误差. .4.4.描点画线时描点画线时, ,所描的点不一定都落在一条直线上所描的点不一定都落在一条直线上, ,但应注意一定要使各但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧点均匀分布在直线的两侧. .5.5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及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. .6.6.尽量选用轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响尽量选用轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响. .( (教师参考教师参考) )其他方案其他方案新方案一新方案一: :弹簧水平放置法弹簧水平放置法把弹簧水平放置把弹簧水平放置

4、, ,如图所示如图所示. .原理、器材、方法均与本节实验方案相似原理、器材、方法均与本节实验方案相似. .点评点评: :弹簧水平放置弹簧水平放置, ,消除了弹簧自身重力在竖直悬挂时带来的系统误差消除了弹簧自身重力在竖直悬挂时带来的系统误差; ;但同时也产生了弹簧与桌面之间的摩擦力但同时也产生了弹簧与桌面之间的摩擦力, ,带来了新的误差带来了新的误差. .新方案二新方案二: :传感器辅助法传感器辅助法实验装置如图实验装置如图( (甲甲) )所示所示. .原理原理: :把一个弹簧一端固定在传感器上把一个弹簧一端固定在传感器上, ,传感器与电脑相连传感器与电脑相连. .当对弹簧施当对弹簧施加变化的作

5、用力加变化的作用力( (拉力或压力拉力或压力) )时时, ,在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产在电脑上得到了弹簧形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像生的弹力大小的关系图像, ,如图如图( (乙乙) )所示所示. .器材器材: :弹簧、传感器、电脑、刻度尺等弹簧、传感器、电脑、刻度尺等点评点评: :利用传感器和电脑减少了读数误差和作图误差利用传感器和电脑减少了读数误差和作图误差, ,提高了实验准确度提高了实验准确度. .典例研习典例研习 通法悟道通法悟道拓宽思路拓宽思路类型一类型一 实验原理及实验操作实验原理及实验操作【例例1 1】 一位同学做一位同学做“探究弹簧形变与弹力的关系探究弹簧形变与弹力

6、的关系”实验实验. .(1)(1)下列实验步骤是这位同学准备完成的下列实验步骤是这位同学准备完成的, ,请你帮助他按操作的先后顺序请你帮助他按操作的先后顺序, ,用字母用字母排列起来排列起来 .A.A.以弹簧伸长量为横坐标以弹簧伸长量为横坐标, ,以弹力为纵坐标以弹力为纵坐标, ,建立坐标系建立坐标系, ,并描出各组数据并描出各组数据(x,F)(x,F)对应的点对应的点, ,并用平滑的曲线连接起来并用平滑的曲线连接起来B.B.记下弹簧不挂钩码时记下弹簧不挂钩码时, ,其下端在刻度尺上的刻度其下端在刻度尺上的刻度L L0 0C.C.将铁架台固定于桌面上将铁架台固定于桌面上, ,并将弹簧的一端系于

7、横梁上并将弹簧的一端系于横梁上, ,在弹簧附近竖直固定一在弹簧附近竖直固定一刻度尺刻度尺D.D.依次在弹簧下端挂上依次在弹簧下端挂上1 1个、个、2 2个、个、3 3个、个、4 4个个钩码钩码, ,并分别记下钩码静止时弹并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度簧下端所对应的刻度, ,并记录在表格内并记录在表格内, ,然后取下钩码然后取下钩码E.E.以弹簧伸长量为自变量以弹簧伸长量为自变量, ,写出弹力与弹簧伸长量的关系式写出弹力与弹簧伸长量的关系式F.F.解释函数表达式中常数的物理意义解释函数表达式中常数的物理意义解析解析: :(1)(1)通过对实验的理解和操作经验通过对实验的理解和操作经验,

8、 ,可知实验步骤排列为可知实验步骤排列为CBDAEF.CBDAEF.答案答案: :(1)CBDAEF(1)CBDAEF(2)(2)这位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所测得的几组数据在这位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所测得的几组数据在图中已描出图中已描出. .在图中的坐标系中作在图中的坐标系中作F-xF-x的图线的图线. .写出曲线的函数表达式写出曲线的函数表达式(x(x用用cmcm作单位作单位):):.解析解析: : (2) (2)由题图可知由题图可知, ,各组数据描点大体在一条直线上各组数据描点大体在一条直线上, ,过这些点作过这些点作一条直线一条直线, ,其其F-xF-x

9、图像如图所示图像如图所示. .由图像可得由图像可得k= =0.43 N/cm,k= =0.43 N/cm,所以所以F=0.43x.F=0.43x.Fx答案答案: : (2) (2)见解析见解析 F=0.43xF=0.43x类型二类型二 实验数据处理实验数据处理【例例2 2】 (1)(1)橡皮筋也像弹簧一样橡皮筋也像弹簧一样, ,在弹性限度内伸长量在弹性限度内伸长量x x与弹力与弹力F F成正比成正比, ,即即F=kx,F=kx,用如图用如图( (甲甲) )所示的装置就可以测出这种橡皮筋的所示的装置就可以测出这种橡皮筋的k k值值, ,图中刻度尺的精图中刻度尺的精度为度为1 cm.1 cm.下面

10、的表格是橡皮筋受到的拉力下面的表格是橡皮筋受到的拉力F F与伸长量与伸长量x x的实验记录的实验记录. .其中实其中实验数据记录有错误的是第验数据记录有错误的是第 组组. .处理数据时处理数据时, ,可在图可在图( (乙乙) )中作出中作出F-xF-x的图像的图像, ,由图像可求得该橡皮筋的劲度由图像可求得该橡皮筋的劲度系数系数k=k= N/m.(N/m.(保留两位有效数字保留两位有效数字)组数组数1 12 23 34 45 5拉力拉力F(N)F(N)5 51010151520202525伸长量伸长量x(cm)x(cm)1.61.63.23.24.84.86.46.48 8答案答案: :见解析见解析(2)(2)不同橡皮筋不同橡皮筋k k值一般不同值一般不同,k,k值通常与橡皮筋未受到拉力时的长度值通常与橡皮筋未受到拉力时的长度L L、横、横截面积截面积S S有关有关, ,理论与实际都表明理论与实际都表明k= ,k= ,其中其中Y Y是一个由材料决定的常数是一个由材料决定的常数, ,材材料力学上称之为