新教材高中物理第三章相互作用__力实验：探究弹簧弹力与形变量的关系课件新人教版必修第一册

1、第三章 相互作用力实验:探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验思路要探究弹簧弹力与形变量的关系,你认为应如何设计实验?需要测量哪些物理量?选用什么器材?答案:弹簧受力发生形变,形变的程度与外力大小有关.沿着弹簧的方向拉弹簧,当弹簧静止时,弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的.用悬挂法测量弹簧的弹力,静止时,弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力大小相等.弹簧的长度可用刻度尺测出,伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算得出.建立坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探

2、究弹力大小与伸长量的关系.所用器材:铁架台、弹簧、刻度尺、钩码若干、坐标纸等.二、进行实验1.按下图安装实验装置,将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度,即原长l0.2.将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,静止时测出弹簧的总长度并计算钩码的重力,填写在表格中.弹簧的弹力大小等于钩码对弹簧的拉力,即钩码的重力大小.3.改变所挂钩码的个数,重复上述实验过程,将数据填入表格.三、数据记录以F表示弹力,l表示弹簧的总长度,x=l-l0表示弹簧的伸长量.次数1234567F/N0l/cmx/cm0四、数据分析以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图.连接

3、各点,画出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系.函数表达式中常数有什么物理意义?这个常数与图线的斜率有什么关系?答案:弹力F随弹簧伸长量x变化的图线如图所示.五、实验结论答案:在弹性限度内,弹簧发生弹性形变时,弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx.六、注意事项1.所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度.2.每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标系中描的点尽可能稀一些,这样作出的图线更精确.3.一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测弹簧长度,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大误差.4.描点连线时,让尽

4、量多的点落在曲线上,不在曲线上的点应均匀分布在曲线的两侧.5.记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位.命题角度1巩固强化应该怎么做【典例1】如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧形变量的关系.甲乙(1)为完成实验,还需要的实验器材有 .(2)实验中需要测量的物理量有 .(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图线,由此可求出弹簧的劲度系数为N/m.图线不过原点的原因是 .(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:A.以弹簧伸长量x为横坐标,以弹力F为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,并用平滑的曲线连接起来.B.记下弹簧不挂钩码时其下

5、端对应刻度尺上的刻度l0.C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于铁架台横杆上,在弹簧附近竖直固定一把刻度尺.D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个钩码,并分别记下弹簧静止时下端所对应的刻度,并记录在表格内,然后取下钩码.E.以弹簧伸长量x为自变量,写出弹力F与伸长量x的关系式.首先尝试写成一次函数,如果不行,则考虑二次函数.F.解释函数表达式中常数的物理意义.G.整理仪器.以上操作步骤正确的排列顺序是 (填字母序号).(4)实验中要先组装器材,再进行实验,然后数据处理,分析解释表达式,最后整理仪器.所以先后顺序为CBDAEFG.答案:(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧挂不同数量的钩码

6、时所对应的弹簧长度(3)200弹簧自身有重力(4)CBDAEFG【典例2】在探究弹簧的弹力与形变量之间关系的实验中,所用装置如图所示.每只钩码的质量均为30 g.实验中,先测出不挂钩码时弹簧的长度,再将5个钩码逐个加挂在弹簧下端,稳定后测出相应的弹簧总长度,将数据填在表中.已知弹力始终未超过弹性限度,g取9.8 N/kg.组次123456钩码总质量/g0306090120150弹簧总长/cm18.0021.3324.6027.9331.234.56弹力大小/N00.2940.8821.47(1)表中记录的数据中有一个不符合规范,它是第组中的数据(填写数据的名称),应记作.(2)该弹簧的劲度系数

7、k=N/m.(3)根据实验数据将第3组和第5组对应的弹力大小计算出来并填入表内相应的空格内(结果保留3位有效数字).(4)写出弹簧弹力的大小F跟弹簧总长度l之间的函数关系式.(5)弹簧竖直放置时,其自身重力对测得的劲度系数 (选填“有”或“无”)影响,原因是 .答案:(1)5弹簧总长31.20(2)8.9(3)0.5881.18(4)F=8.9(l-0.18)(N)(5)无在计算弹簧的形变量时,把弹簧自身重力引起的形变量减去了命题角度2拓展迁移还能怎么做1.本实验也可以在水平方向进行,如将弹簧通过细绳穿过一理想定滑轮,在水平方向做实验.避免了测量弹簧原长时可能出现的错误(如水平方向测原长,竖直

8、方向做实验).实验应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.对实验器材的改进:使用力传感器代替钩码,提高弹力读数的准确性和操作的便捷性.【典例3】在探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,实验装置如图甲所示.所挂钩码的重力大小等于弹簧右端受到的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度.甲乙(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系中,如图乙所示,作出F-l图线.(2)由此图线可得出该弹簧的原长l0=cm,劲度系数k=N/m.(3)弹簧水平放置与弹簧竖直放置相比较,弹簧水平放置有什么优、缺点?优

9、点: .缺点: .解析:(1)用平滑的曲线把各点连接起来,不在直线上的点要舍去.因为弹簧有一定的弹性限度,超过了弹性限度,胡克定律就不适用了.因此,F-l图线如图所示.答案: (1)见解析图.(2)520(3)见解析.(2)弹簧的原长l0即弹力为0时弹簧的长度,由图像可知,l0=510-2 m=5 cm.劲度系数为图线的斜率,k=20 N/m.(3)优点:可以避免测量弹簧原长时出现错误.缺点:弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会增大实验误差.【典例4】在探究弹簧的弹力与伸长量之间关系的实验中,所用装置如图甲所示,将轻弹簧的一端固定,另一端与力传感器连接,其伸长量通过刻度尺测得.某同学的实验数据列于下表中.甲乙伸长量x/(10-2m)2.004.006.008.0010.